太赫兹（THz）场增强在高分辨率成像、下一代无线通信和网络中有着重要的应用。在这项工作中，本研究实验证明了基于谷间散射理论的用于太赫兹场增强的石墨烯超表面。元表面的每个元原子由嵌入一个石墨烯片中的一个分裂环谐振器（SRR）组成。实验结果表明，通过电调节石墨烯贴片的导电性，整个样品的太赫兹场增强了23倍，0.47THz处的透射振幅降低了8.4dB。此外，在0.43THz处的最大相位差达到88°。实验结果与仿真结果吻合良好。这项研究为探索太赫兹-物质相互作用和非线性光学铺平了道路。

 
图1. （a） 设备的三维示意图。（b） 元表面的一个元原子。（c）局部装置和（d）晶胞的SEM图像。

 
图2. （a） 模拟的透射光谱和（b）具有不同费米能级的相光谱。（c） 模拟了不同费米能级的增强因子和相位差。

 
图3. （a） 测量不同偏置电压下的THz-TDS信号。（b） 测量了不同偏置电压下的太赫兹场强谱。（c） 测量的透射光谱和（d）具有不同偏置电压的测量的相位光谱。（e） 测量不同偏置电压下的增强因子和相位差。

 
图4. （a）0eV、（b）0.4eV和（c）1eV的电场分布。

 
图5. 谷间散射过程。（a） 价带中电子的状态。（b） 位于导带的电子的状态。（c） 位于Γ谷的电子的状态。
 
       相关研究成果由桂林电子科技大学Fangrong Hu和Mingzhu Jiang等人2023年发表在Nano Letters (链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c03372)上。
原文：Intervalley Scattering Induced Terahertz Field Enhancement in Graphene Metasurface

转自《石墨烯研究》公众号