基于石墨烯和二氧化钒的太赫兹宽带可调谐超材料吸收器
作者:刘苏雅拉图; 王宗利; 庞慧中; 田虎强; 王鑫; 王俊林
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太赫兹超材料吸收器作为一个重要的太赫兹功能设备,广泛应用于生物医学传感、电磁隐身、军用雷达等领域。然而,这种传统的超材料吸波结构存在可调谐性差、功能单一、性能指标不足的缺点,已经不能满足复杂多变的电磁环境的要求。因此,可调谐超材料吸收体逐渐成为太赫兹功能器件领域的研究热点。为了实现超材料吸收体吸收特性的调谐,通常从调整谐振单元或基体材料的电磁特性或调整超材料结构单元的几何尺寸开始。设计了一种基于石墨烯和二氧化钒的太赫兹宽带可调谐超材料吸收器。吸收器由I形二氧化钒谐振层、连续石墨烯层和金属反射器组成,反射器由Topas介质隔开。数值模拟的结果表明,当二氧化钒材料处于全金属状态(电导率为200000 s·m-1)且石墨烯的费米能级设置为0.1eV时,吸收率超过90%的吸收带宽达到2.8太赫兹。通过调整石墨烯的费米能级,当费米能级在0.1到0.3之间变化时,吸收器的工作频率有明显的蓝移。由于二氧化钒材料从绝缘状态到金属状态的相变特性,当电导率控制在100~200000 s·k之间时,所提出的宽带结构可以在反射器和吸收器两种工作状态之间自由切换。此外,还分别监测了超材料吸收体在1.87、3.04和4.16三个完美吸收峰处的表面电流分布,并对其工作机理进行了讨论。设计的结构通过石墨烯和二氧化钒两个独立可调的开关实现了吸收器工作频率和吸收频率的双重控制,为多功能太赫兹器件的设计提供了新的发展思路。