可调谐石墨烯太赫兹超材料的理论研究

• 作 者: 崔继飞
• 出 处: 哈尔滨理工大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 石墨烯 太赫兹 超材料 可调谐 电磁诱导透明

电磁诱导透明(EIT)现象最早在量子系统中被发现,其原理是量子间发生了相消干涉,导致本来应该被材料吸收的电磁波可以透过材料进行传输。这种现象存在很广阔的应用前景,但是因为其实现条件比较苛刻,现有的技术水平无法支持,电磁诱导透明现象在现实中的应用被大大限制。而在太赫兹超材料中的类EIT现象所需条件比较容易实现,这提升了其应用价值,在超材料中将各个谐振元件制备成周期性的单元结构,这样就可以实现电磁诱导透明。但是现有的超材料中结构单元一旦固定,使得EIT的透明窗口也随之固定,其传输特性无法动态调谐,使得应用范围受到限制。本文针对国内外现存技术对EIT现象不易调谐和调谐深度不足等问题,设计了两种可调谐石墨烯太赫兹超材料。1、设计了一种基于石墨烯调谐的太赫兹EIT超材料,该结构单元由两个相互垂直成T型的石墨烯条组成,在超材料边缘设置一层金属电极用于外加电压。通过改变石墨烯结构以及在超材料两端施加电压对其进行仿真,结果表明该结构是明-暗模式相互耦合。通过改变石墨烯结构进行仿真时,当费米能级从0.1e V到0.3e V变化时,电磁诱导透明峰可以在0.32-0.47THz范围内进行调制,调制深度为32%,并且继续增加费米能级还可以进一步改善调制范围和深度。利用外加电压对其仿真时,在0.47THz处,费米能级从0.2e V变化到0.3e V,传输值可以在0.114和0.957之间切换,调制深度达88.1%。2、设计了一种基于双带石墨烯的电磁诱导反射型超材料,其结构由两条水平石墨烯长条和一个竖直镂空长条组成,在两端分别设置金属电极用于外加电压。根据二粒子耦合模型和扩展出的三粒子耦合模型对其进行仿真,结果表明在反射曲线中两个不同频段(0.859THz和0.935THz)位置出现了透明峰,说明了超材料是以暗-明-暗模式进行耦合的。通过对两侧石墨烯水平长条单独仿真,单独出现的两个透明峰的调制深度分别可达到46.31%和46%。同时对两侧石墨烯进行不同程度的掺杂,在两侧石墨烯费米能级分别为0.6e V和1e V时,同时出现两个透明峰,幅度调制深度分别达到39.06%和39.06%。通过对三粒子耦合模型进行计算拟合,得到计算结果与仿真结果相近,证明了仿真结果的准确性。