河海大学理学院ZhiPeng Ding等–基于多方环石墨烯超表面的超宽带可调谐太赫兹吸收器

近年来，薄、轻、宽、高吸收和可调性已成为电磁吸收器的五大重要因素。本文提出了一种新型单层石墨烯超表面吸收器(GMSA)，它完美地实现了上述所有元素。GMSA采用了一个简单的多方环结构的石墨烯层。仿真结果表明，法布里-珀罗共振(FPR)和石墨烯基表面等离子体共振(GSPR)可以在太赫兹(THz)频率范围内产生3.04 THz的宽带吸收。由于其对称结构，所提出的GMSA是完全偏振不敏感的，并且它对TE和TM极化波都具有广角斜入射特性，允许它在0°到45°的入射角范围内实现至少90%的宽带吸收。此外，石墨烯的化学势可以改变有效吸收带宽，这可以很容易地通过施加外部电压来调节。GMSA具有结构灵活直接、极化不敏感、广角入射、宽带、高吸收等特点，在太赫兹探测、成像和物体隐身等方面具有广阔的应用前景。

图1. 所提出的具有外加外部电压的GMSA的示意图和晶胞的俯视图。

图2. GMSA的制造工艺。

图3. 模拟法向TE-偏振入射波下(a)GMSA的透射、反射、吸收光谱和(b)计算的归一化等效表面阻抗。

图4. 在法向TE极化入射波下，不同频率下GMSA的表面电场和表面电流分布。(a-d)石墨烯层表面电场分布(E_x矢量方向)。(e-h)石墨烯层表面电流分布。(i-1)金属层表面电流分布。

图5. 不同(a) TOPAS厚度t_s和(b) GSRs个数 N的吸收光谱(c)不同 N时GMSA的电场分布。(d)不同GSRs间隙距离w的吸收光谱。(e)不同w时GMSA的电场分布。

图6. （a） 施加的外部电压与化学势的关系。（b） GMSA在0.0eV-1.0eV的不同化学势下的吸收光谱。

图7. （a）不同方位角的吸收特性。（b） TE偏振的不同入射角。（c） TM偏振的不同入射角。

相关研究成果由河海大学理学院Zhipeng Ding等人于2023年发表在Materials Science in Semiconductor Processing (https://doi.org/10.1016/j.mssp.2023.107557 )上。原文：Ultra-broadband tunable terahertz absorber based on graphene metasurface with multi-square rings。