_ Echipa demonstrează o bandă ultra-largă absorbant reglabil în teraherți de grafen și metamateriale plasmonice ierarhice

Absorbția perfectă apare din interacțiunea puternică a electronilor de valență cu lumina dintr-un material conductor. Metamaterialul optic este o abordare eficientă pentru a exploata capacitatea superioară de captare a fotonilor. Astfel, absorbanții perfecti ar putea fi obținuți prin structuri plasmonice și metamateriale rezonante la scară nanometrică.

Un absorbant perfect metamaterial (MPA) constă de obicei din metal cu lungime de undă periodică (de exemplu, superabsorbant plasmonic) sau unități rezonante dielectrice. În comparație cu sistemele fizice pasive statice, metamaterialele reglabile pot manipula dinamic undele electromagnetice, îmbunătățind controlul multidimensional al răspunsului optic. Există două strategii tipice pentru a obține proprietăți reglabile în metamateriale: reconstrucția mecanică și schimbarea structurilor reticulate ale metamaterialelor.

Spre deosebire de aceste metode clasice, combinația dintre materiale funcționale și structura metamaterialelor oferă o modalitate de schimbare. proprietățile optice ale materialelor prin stimuli externi și are o rată de răspuns mai rapidă. Ca material funcțional reglabil tipic, grafenul are caracteristici mecanice, electrice și optice excelente. Încorporarea grafenului în structurile metamaterialelor poate îmbunătăți în mod semnificativ interacțiunile lumină-materie.

În acest sens, grupul profesorului Weiping Wu a demonstrat un nou absorbant de terahertz de bandă ultra-largă reglabil, care utilizează proprietățile unice ale grafenului și ale metamaterialelor plasmonice structurate ierarhic. Lucrarea de cercetare a echipei este publicată în jurnalul Advanced Devices & Instrumentation.

Structura metamaterialului cuprinde lingouri/pătrate de aur alternate în formă de T, un strat dielectric, împreună cu un strat de grafen pe un strat de aur. Absorbția medie a MPA a atins 90% pe un interval de frecvență ultra-larg care se întinde de la 20,8 THz la 39,7 THz. Originea caracterelor de bandă largă este analizată prin diagrame de câmp electric și este investigată modularea ferestrei de absorbție de către grafen. Mai mult, sunt studiate influențele diferiților parametri asupra rezultatelor, iar cercetarea discută despre aplicarea potențială a acestei structuri în domeniul optoelectronică.

În sfârșit, unele absorbante de bandă largă raportate recent în THz–infraroșu îndepărtat bandă sunt comparate și analizate cu rezultatele prezentei lucrări. Absorbantul de bandă largă metamaterial propus are o absorbție medie mai mare și un interval de frecvență mai larg. Structura propusă are un singur strat de aur modelat, ceea ce are mari avantaje în comparație cu altă literatură în ceea ce privește fabricarea.

În concluzie, un nou absorbant terahertz reglabil de bandă ultra-largă de grafen și metamateriale plasmonice structurate ierarhic este propus și studiat, iar o absorbție aproape perfectă în bandă ultra-largă de la 20,8 THz la 39,7 THz este investigată numeric. Absorbantul propus este implementat prin aranjarea a două structuri de aur de dimensiuni diferite alternativ în fiecare celulă unitară. Lățimea de bandă care depășește 90% absorbție a absorbanților de bandă largă este de aproximativ 18,9 THz.

Prin ajustarea nivelului de energie Fermi al grafenului, poziția benzii ultra-large poate fi reglată. Mai mult, efectele parametrilor geometrici asupra spectrelor de absorbție ale absorbantului sunt analizate cantitativ. Aceste rezultate implică faptul că absorbantul metamaterial propus în această lucrare poate duce la îmbunătățiri suplimentare în domeniul filtrării reglabile, al detectorilor, al radiației termice controlate și al altor dispozitive fotonice.

(Fluierul)