設計并研究了一種由連續石墨烯條和截斷石墨烯條組成的石墨烯超表面簡單結構，用于太赫茲的傳感和慢光應用。結果表明，利用亮模和暗模之間的相消干涉，我們設計的石墨烯超表面可以產生等離子體誘導透明(PIT)。光學響應的透射光譜、反射率光譜和吸收光譜被費米能級有效調諧，數值結果與耦合模理論(CMT)的理論結果一致。此外，線偏振平面光的偏振角也可調節PIT。有趣的是，由于表面等離子體具有場增強和強色散，我們提出的石墨烯超表面顯示出潛在的光學應用潛力，如傳感和慢光。傳感特性的靈敏度和優值(FOM)分別達到0.7928
THz/RIU和8.12。慢光效應最大群指數為511。因此，我們提出的石墨烯超表面有望在微納光學傳感和慢光器件方面做出重要貢獻。
圖1. (a)可調諧光學等離子體石墨烯超表面示意圖。(b)單晶胞結構的俯視圖。
圖2. (a)不同石墨烯結構模式(
Ef = 0.7
eV)下的光響應透射。(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)光響應透射和費米能級的關系。藍色實線和紅色虛線分別表示FDTD數值結果和CMT計算結果。(b)dip1、dip2和峰分別和費米能級的關系。(c)透射隨費米能級的演化。
圖4. 光響應的(a)反射率和(b)吸收率與費米能級的關系。
圖5.石墨烯超表面的透射與偏振角(
Ef = 0.7
eV)的關系。
圖6.石墨烯超表面的透射譜與折射率的關系(
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. 群指數和相移與費米能級的關系。
相關研究成果由延安大學化學與化工學院Yixuan Wang等人于2022年發表在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。
轉自《石墨烯研究》公眾號
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