利用耦合模理论提升纳米结构多功能石墨烯等离子体逻辑门的性能

摘要： 纳米结构环形谐振器是光子集成电路的适用器件。本文提出一种基于等离子体诱导透明（PIT）效应的纳米级多功能逻辑器件，该器件由一对六边形环形谐振器与两条平行金属-绝缘体-金属（MIM）波导耦合构成。根据耦合模理论，两个谐振器共振波长间的适当失谐是实现PIT现象的关键因素。为此研究了多种MIM波导常用金属的PIT效应，并采用石墨烯替代六边形环形谐振器及其平行波导下方的金属层。由于二维材料石墨烯与光的相互作用较弱，通过调节波导、环形谐振器的尺寸及其间距，同时改变入射光波长与石墨烯化学势，最终实现了结构所需的耦合效果。时域有限差分（FDTD）模拟证实：通过改变折射率可在直通端口和下沉端口分别获得代表光功率高低电平的"1"和"0"逻辑状态。研究表明该结构能同步实现异或（XOR）和同或（XNOR）逻辑运算功能。