一種利用石墨烯構建的三維太赫茲超材料結構

一種利用石墨烯構建的三維太赫茲(zi) 超材料結構

3月19日，中國科學院西安光學精密機械研究所瞬態光學與(yu) 光子技術國家重點實驗室研究員範文慧課題組，在太赫茲(zi) 超材料功能器件方麵的最新研究成果，以Multiple plasmonic resonance excitations on graphene metamaterials for ultrasensitive terahertz sensing為(wei) 題，在線發表在Carbon上，論文第一作者為(wei) 博士研究生陳徐。


論文提出並研究了一種利用石墨烯構建的三維太赫茲(zi) 超材料結構，通過與(yu) 太赫茲(zi) 波的相互作用，可以實現多個(ge) 等離子體(ti) 共振模式激發；論文首次提出將這種具有多個(ge) 等離子體(ti) 共振模式的三維超材料結構應用於(yu) 太赫茲(zi) 傳(chuan) 感，具有很高的傳(chuan) 感靈敏度，可實現多頻段太赫茲(zi) 波超靈敏主動傳(chuan) 感和多頻帶完美吸收功能，為(wei) 太赫茲(zi) 傳(chuan) 感研究提供了一種創新方法。

太赫茲(zi) 波主要指頻率在0.1THz——10THz的電磁波，位於(yu) 紅外波與(yu) 微波之間，處於(yu) 宏觀電子學與(yu) 微觀光子學的過渡區域，具有很多獨特特性，例如光子能量低、穿透性強、頻譜覆蓋有機分子和生物大分子的分子振動和轉動能級等，有助於(yu) 開發全新的光譜分析和無損檢測技術，實現在材料特性檢測、微電子測試、醫學診斷、環境監控、化工和生物識別、軍(jun) 事國防等方麵的應用。


然而，自然界的常規材料很難在太赫茲(zi) 頻段產(chan) 生有效的電磁響應，在研製太赫茲(zi) 功能器件、實現太赫茲(zi) 波有效操控等方麵遭遇諸多困難，限製了太赫茲(zi) 技術和應用的發展，需要新的創新思路應對太赫茲(zi) 頻段天然材料匱乏的問題。


通過人為(wei) 設計單元尺寸在亞(ya) 波長量級的微結構陣列，人工電磁超材料可以實現天然材料不具備的奇特物理性質（例如負折射率、超透鏡、完美吸收等），它的出現彌補了太赫茲(zi) 頻段電磁材料的匱乏，可以有效控製太赫茲(zi) 波的振幅、相位、偏振以及傳(chuan) 輸特性，為(wei) 實現太赫茲(zi) 頻段功能器件提供了有效途徑，有望從(cong) 根本上突破太赫茲(zi) 技術的發展瓶頸。作為(wei) 單層碳原子排列的二維平麵材料，石墨烯在光、電、力、熱等方麵具有十分優(you) 異的性能，其在太赫茲(zi) 頻段的電導率可以通過外加偏置電壓動態調節，因而在主動式太赫茲(zi) 功能器件的研究開發方麵前景廣闊。

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