近年来,薄、轻、宽、高吸收和可调性已成为电磁吸收器的五大重要因素。本文提出了一种新型单层石墨烯超表面吸收器(GMSA),它完美地实现了上述所有元素。GMSA采用了一个简单的多方环结构的石墨烯层。仿真结果表明,法布里-珀罗共振(FPR)和石墨烯基表面等离子体共振(GSPR)可以在太赫兹(THz)频率范围内产生3.04 THz的宽带吸收。由于其对称结构,所提出的GMSA是完全偏振不敏感的,并且它对TE和TM极化波都具有广角斜入射特性,允许它在0°到45°的入射角范围内实现至少90%的宽带吸收。此外,石墨烯的化学势可以改变有效吸收带宽,这可以很容易地通过施加外部电压来调节。GMSA具有结构灵活直接、极化不敏感、广角入射、宽带、高吸收等特点,在太赫兹探测、成像和物体隐身等方面具有广阔的应用前景。
图1. 所提出的具有外加外部电压的GMSA的示意图和晶胞的俯视图。
图2. GMSA的制造工艺。
图3. 模拟法向TE-偏振入射波下(a)GMSA的透射、反射、吸收光谱和(b)计算的归一化等效表面阻抗。
图4. 在法向TE极化入射波下,不同频率下GMSA的表面电场和表面电流分布。(a-d)石墨烯层表面电场分布(E
x矢量方向)。(e-h)石墨烯层表面电流分布。(i-1)金属层表面电流分布。
图5. 不同(a) TOPAS厚度t
s和(b) GSRs个数
N的吸收光谱(c)不同
N时GMSA的电场分布。(d)不同GSRs间隙距离w的吸收光谱。(e)不同w时GMSA的电场分布。
图6. (a) 施加的外部电压与化学势的关系。(b) GMSA在0.0eV-1.0eV的不同化学势下的吸收光谱。
图7. (a)不同方位角的吸收特性。(b) TE偏振的不同入射角。(c) TM偏振的不同入射角。
相关研究成果由河海大学理学院Zhipeng Ding等人于2023年发表在Materials Science in Semiconductor Processing (https://doi.org/10.1016/j.mssp.2023.107557 )上。原文:Ultra-broadband tunable terahertz absorber based on graphene metasurface with multi-square rings。
转自《石墨烯研究》公众号