設(shè)計(jì)并研究了一種由連續(xù)石墨烯條和截?cái)嗍l組成的石墨烯超表面簡單結(jié)構(gòu)，用于太赫茲的傳感和慢光應(yīng)用。結(jié)果表明，利用亮模和暗模之間的相消干涉，我們設(shè)計(jì)的石墨烯超表面可以產(chǎn)生等離子體誘導(dǎo)透明(PIT)。光學(xué)響應(yīng)的透射光譜、反射率光譜和吸收光譜被費(fèi)米能級有效調(diào)諧，數(shù)值結(jié)果與耦合模理論(CMT)的理論結(jié)果一致。此外，線偏振平面光的偏振角也可調(diào)節(jié)PIT。有趣的是，由于表面等離子體具有場增強(qiáng)和強(qiáng)色散，我們提出的石墨烯超表面顯示出潛在的光學(xué)應(yīng)用潛力，如傳感和慢光。傳感特性的靈敏度和優(yōu)值(FOM)分別達(dá)到0.7928
THz/RIU和8.12。慢光效應(yīng)最大群指數(shù)為511。因此，我們提出的石墨烯超表面有望在微納光學(xué)傳感和慢光器件方面做出重要貢獻(xiàn)。
圖1. (a)可調(diào)諧光學(xué)等離子體石墨烯超表面示意圖。(b)單晶胞結(jié)構(gòu)的俯視圖。
圖2. (a)不同石墨烯結(jié)構(gòu)模式(
Ef = 0.7
eV)下的光響應(yīng)透射。(b)亮模傾角和(c)PIT峰值處的模擬電場分布。(d)等效理論耦合模型。
圖3. (a)光響應(yīng)透射和費(fèi)米能級的關(guān)系。藍(lán)色實(shí)線和紅色虛線分別表示FDTD數(shù)值結(jié)果和CMT計(jì)算結(jié)果。(b)dip1、dip2和峰分別和費(fèi)米能級的關(guān)系。(c)透射隨費(fèi)米能級的演化。
圖4. 光響應(yīng)的(a)反射率和(b)吸收率與費(fèi)米能級的關(guān)系。
圖5.石墨烯超表面的透射與偏振角(
Ef = 0.7
eV)的關(guān)系。
圖6.石墨烯超表面的透射譜與折射率的關(guān)系(
Ef = 0.7
eV)。
圖7. FOM值：(a)n = 1.35， (b)n = 1.43，(c) n = 1.525， (d)n = 1.627。
圖8. 群指數(shù)和相移與費(fèi)米能級的關(guān)系。
相關(guān)研究成果由延安大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院Yixuan Wang等人于2022年發(fā)表在Diamond & Related Materials (https://doi.org/10.1016/j.diamond.2022.108881)上。原文：Sensing and slow light applications based on graphene metasurface in terahertz。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
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