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基于石墨烯的可调谐多功能超材料，用于宽带太赫兹波的动态偏振调控
摘要： 石墨烯赋能的超材料已成为动态控制电磁波偏振态的极具前景的光电器件。然而，设计具有更充分偏振调控自由度的可调谐超材料仍是关键技术挑战。本研究提出一种由金属条带构成的石墨烯赋能可调谐多功能超材料——这些金属条带排列在嵌入石墨烯三明治结构的接地聚合物基底上，通过电学方式调控太赫兹波的偏振状态。通过电压偏置调节石墨烯费米能级，可定制该超材料的电磁响应特性，从而实现反射模式下的动态可调谐偏振操控。全波仿真验证了所有预期性能：该器件可作为线性/圆偏振入射波的可切换四分之一波片与可调谐二分之一波片；更可将入射波转换为交叉偏振反射模式的偏振转换比，在1.46至2.26太赫兹宽频范围内连续调控（2%-95%）。该超材料延续了石墨烯基可调谐偏振器与偏振开关的发展进程，有望应用于无线通信、太赫兹传感与成像等领域。
关键词： 偏振调控、太赫兹、石墨烯、可调谐、超材料
更新于2025-09-19 17:13:59
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利用太赫兹超材料谐振器实现宽带完美吸收
摘要： 宽带超材料完美吸收体在许多应用中至关重要。然而，这类宽带吸收体通?；诟丛咏峁股杓疲渲圃旃ひ占咛粽叫?。本文展示了一种由带两个矩形孔的矩形金属贴片构成、背面设置双层介质片和金属镜的简易结构，可实现宽带吸收。该结构具有三个不同但相似的共振峰，其叠加效应能实现1.00太赫兹带宽且吸收率>80%的效果。通过对应三种吸收模式的场分布阐明了吸收体的物理成因。此外，改变谐振器尺寸可调节器件带宽。这种简易结构设计所呈现的吸收特性可广泛应用于多个领域。
关键词： 超材料，宽带吸收，太赫兹
更新于2025-09-19 17:13:59
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基于MXene的等离子体超材料电磁仿真及其光学吸收增强研究
摘要： 在本研究中，我们基于100纳米厚的碳化钛（Ti3C2Tx）MXene薄片，提出、设计并数值分析了用于增强光学吸收的等离子体超材料。该超材料采用三明治结构：底层为实心MXene（接地层），中间为无损耗介质层，顶层为MXene网状结构。周期性顶层网格的单元由两条交叉的超薄MXene条带组成，每条带宽度以阶梯状增量向单元中心延伸，从而确保顶面孔径位置可变的宽度分布，最终拓宽所得超材料散射参数的频谱色散带宽。我们采用有限元法模拟该MXene基超材料的散射参数，并基于实验测量数据运用Drude-Lorentz模型推导Ti3C2Tx MXene复介电常数的解析表达式。该方法具有普适性——除不同MXene材料外，还可选用石墨烯、金属及合金、半导体等其他等离子体材料，适用于各类纳米等离子体结构。此举拓展了等离子体技术的工具箱，并提供了新的设计自由度。
关键词： MXenes（MXene材料）、超吸收体、纳米等离子体激元学、电磁仿真、超材料
更新于2025-09-19 17:13:59
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具有纳米腔的随机超材料中的超宽带等离子体诱导透明现象
摘要： 一种三维（3D）超材料可通过堆叠结构轻松组装：由金属与介质两层物理气相沉积层构成基底，并在顶部喷涂金纳米球（GNS）。第一平面超表面是半连续金纳米复合材料，当嵌入介质纳米腔时即转变为"暗超表面"。第二超表面是由纳米腔表面自组装的GNS组成的辐射镜。这两个随机超表面通过纳米腔内的近场产生强耦合。在可见光至近红外波段数百太赫兹的极宽光谱范围内，正入射时观测到等离子体诱导透明现象。诱导透射峰值出现在GNS散射截面最大的光谱区域。通过多次沉积GNS实现两个超表面的临界耦合，并实验观测到从诱导透明到诱导吸收的转变。这种简易三维超材料可用于增强近红外波段的非线性光学效应、光开关及慢光产生。
关键词： 等离子体激元学、纳米复合材料、纳米球体、临界耦合、超材料、纳米光学
更新于2025-09-19 17:13:59
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石墨烯纳米带可调谐等离激元特性用于超高灵敏度纳米传感
摘要： 基于对称与非对称石墨烯超材料在红外波段的等离激元传感方案被提出，并通过三维时域有限差分（FDTD）方法进行数值研究。该简易单元结构由两条平行石墨烯带构成。研究表明，通过改变石墨烯带的化学势可实现透射共振峰的偏移。我们还计算了所设计超材料的灵敏度。模拟结果显示：当化学势从0.8 eV调节至0.5 eV时，单层非对称石墨烯带可实现6500 nm/RIU的灵敏度，而双层非对称石墨烯带的灵敏度为5725 nm/RIU。该发现将为开发基于石墨烯的可调谐红外传感器件奠定基础。
关键词： 表面等离子体共振、超材料、石墨烯、光学透射
更新于2025-09-19 17:13:59
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基于石墨烯的侧耦合双矩形纳米腔状结构中的等离激元诱导透明现象
摘要： 我们通过数值模拟研究了基于紧凑型石墨烯波导中类电磁感应透明（EIT）的等离子体激元现象，该波导与两个由石墨烯纳米带构成的矩形纳米腔结构耦合。这些腔体对称地置于总线波导两侧，形成类似三级原子系统的V型态。在此构型中，腔体与波导直接耦合，因而均扮演亮模角色。通过轻微调节腔体的费米能级，我们展示了产生窄带透明窗口（即等离子体激元诱导透明PIT）的可能性。该共振峰源于作为耦合辐射振子工作的腔体间相消干涉效应。研究还表明：通过适当（对称地）偏移腔体费米能级，可实现共振峰频率的动态调控。该结构设计有助于高度集成化光器件的研发。
关键词： 纳米材料、等离子体诱导透明、石墨烯波导、超材料、表面等离子体
更新于2025-09-19 17:13:59
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等离子体纳米棒超材料中隧穿诱导的宽带可调谐光学发射
摘要： 我们展示了一种通过电子隧穿效应实现电驱动宽带发光的超材料平台。该超材料平板的法布里-珀罗模式和波导模式，以及隧穿间隙的等离子体激元模式共同作用，塑造了发光光谱。这为通过调节纳米结构的几何参数来设计可见光及近红外波段内发射光的频谱和偏振特性提供了可能。隧穿诱导发光与波导模式的高效耦合有助于集成非相干光源的开发，而耦合输出的光则可作为自由空间辐射源。这种非相干纳米级光源有望应用于集成光电子电路、光学传感平台、成像及计量等领域。
关键词： 等离子体激元学、纳米级光源、超材料、电子隧穿
更新于2025-09-19 17:13:59
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太赫兹环形超表面与超材料中电磁耦合效应的研究
摘要： 我们提出并制备了以聚酰亚胺为衬底、由两个共面U形开口环谐振器（USRRs）构成的超分子单元的环形偶极子（TD）超表面（MSs），TD超材料（MMs）则由两层TD MSs堆叠而成。其频率、电磁（EM）分布及品质因数（Q因子）会受到TD MSs/MMs中电磁耦合效应的显著影响。研究发现，由于金属层堆叠导致电感增加，TD MMs的共振频率向低频方向移动。同时，TD MMs中的高频TD共振可通过周期性结构进行调控?；赥D共振与TD散射功率（Ty）的关系，在相同超分子结构下Q因子高度依赖于Ty值。优化TD激发方式有望进一步提升超材料的Q因子，为太赫兹传感器及其他功能器件的潜在应用开辟道路。
关键词： 环形偶极子、太赫兹、超材料、超表面
更新于2025-09-19 17:13:59
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基于CSRR超材料的X波段波导切比雪夫滤波器在通信系统中的设计
摘要： 本文提出了一种具有切比雪夫响应的五阶X波段（中心频率10GHz）带通波导滤波器新设计。通过将互补开口谐振环（CSRR）上下部分置于同一横向平面但非平行线上实现错位排布，并引入了简化的RLC集总元件模型进行计算。采用计算机仿真技术（CST）对该带通波导滤波器模型进行综合设计，通过选取合适物理参数、考虑谐振器间耦合效应优化CSRR整体几何尺寸，最终获得比传统滤波器更短的尺寸和更宽的带宽。与采用电感膜片耦合的切比雪夫响应传统带通波导滤波器及其他超材料技术研究相比，本设计将整体物理长度缩短31%，带宽提升达37.5%。
关键词： 超材料、切比雪夫滤波器、超谐振器、腔体、X波段、波导
更新于2025-09-19 17:13:59
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具有反常高折射率的软质等离子体组装体
摘要： 材料折射率(n)的提升对变革性光学技术至关重要。随着单片光刻技术的进步，硅、锗和砷化镓等几种半导体已取得重大进展，其折射率通常可达约4.0，高于其他元素。然而，若突破这一天然折射率上限，光与物质的相互作用将获得前所未有的拓展，进而催生更多应用可能。本研究展示了一种通过多面体金胶体软自组装实现反常高折射率值的有效方法。金纳米立方体的界面组装在共振波长（近红外）下实现了6.4的折射率，在非共振区域（中红外）达到4.5——这些数值此前从未实现。多面体金胶体的软自组装为制备具有反常高折射率值的光学超材料提供了一条通用且高效的途径。
关键词： 超材料、自组装、等离子体胶体、有效介质理论、折射率
更新于2025-09-19 17:13:59