【2019】【论文笔记】基于超材料可调谐THz宽频吸收——

类型 太赫兹 超材料 太赫兹 超材料 太赫兹 超材料 期刊 物理学报 物理学报 物理学报 作者 陈俊 , 杨茂生 , 李亚迪 , 程登科 , 郭耿亮 , 蒋林 , 张海婷 , 宋效先 , 叶云霞 , 任云鹏 , 任旭东 , 张雅婷 , 姚建铨 陈俊、杨茂生、李亚迪、程登科、郭耿亮、蒋林、张海婷、宋效先、叶云霞、任旭东、张雅婷、姚建全 陈俊,杨茂生,李亚迪,程登科,郭耿亮,蒋林,张海婷,宋效先,叶云霞,任云鹏,任旭东,张雅婷,姚建铨 时间 2019 2019 2019

超材料是人工设计的周期阵列， 有许多奇怪的电磁特性， 如负折射率、非对称传输和交叉极化锥 。 所有这些特殊特性使超材料成为电磁波吸收材料的优秀候选材料

石墨烯在可见光区域吸收率高达 2.3 % 2.3\% 2.3%，适合太赫兹完全吸收材料

因为石墨烯的表面导电性可以通过改变化学势来调节，所以石墨烯吸收体能在多个频率下工作

二氧化钒是室温相变材料，当温度 ≥ \ge ≥相变温度时，显示金属特性（二氧化钒的电导率在相变过程中迅速增加） 当温度 < < <相变温度时，显示介电特性

采用石墨烯结构的吸收器往往需要用石墨烯构成复杂图案, 这使得生产工艺变得十分复杂

二氧化钒对温度敏感, 而且工作温度会限制在其相变温度点左右, 适用范围受到限制

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所以，使用金属薄板+电磁材料是一种新的解决思路 结构简单、易于生成，也解决了吸收器被动调节的不足          \;\\\;\\\;

该论文提出了一个T型太赫兹+远红外频率范围的超材料吸收器

• 金属层-介质层-超材料

以一块金属薄板作为基底, 以聚酰亚胺作为匹配介质层置于金属 层之上, 最上面一层是带图案的金属-硅混合层

1. 通过改变半导体的电导率, 所设计的吸收器可以在期望的频率范围内获得近乎完美的吸收。当硅电导率为 1600 S/m 时, 吸收器在0.786 THz 频率处达到吸收峰值, 其吸收率为99.998%, 而且吸收率超过 90% 的频带宽度达到了 240 GHz.

2. 通过调节硅片电导率, 可以轻易地调整吸收带的有无以及吸收峰频率点, 吸收峰频率点可在 30 GHz 的宽度范围内调整.

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该论文设计了T型结构的可调谐的THz宽频超材料吸收器。通过把其顶层上的方形光敏硅片去掉，可变成THz多频吸收器

都是三层结构：金属基板-匹配电介质层-超材料

T型超材料THz多频吸收器有六个吸收率超过 90 % 90\% 90%的吸收峰，平均吸收率为 96.26 % 96.26\% 96.26%

THz宽频可调谐吸收器，通过光辐射强度大小来调节超材料层的硅片电导率大小，实现调节吸收器的吸收带的目的

1. 当硅片电导率 σ \sigma σ达到 1600 S / m 1600S/m 1600S/m时，吸收带宽最大，为 99.998 % 99.998\% 99.998%

2. 当硅片电导率从 1 S / m 1S/m 1S/m增大到 1000 S / m 1000S/m 1000S/m，吸收峰从 2.826 T H z 2.826THz 2.826THz移到了 0.78 T H z 0.78THz 0.78THz。出现了 2.046 T H z 2.046THz 2.046THz的频率红移现象（频率减小是红移）

3. 继续增大硅片电导率，吸收峰从 0.78 T H z 0.78THz 0.78THz移动哦 0.81 T H z 0.81THz 0.81THz，出现了 30 G H z 30GHz 30GHz的蓝移（频率增加是蓝移）

器件的吸收机理来自超材料吸收器的磁偶极子共振模式的激发

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满足什么特性的表面结构是超材料或超表面？

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