Nghiên cứu hiệu ứng dịch tần trong vật liệu metamaterial tích hợp graphene
62 lượt xemDOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.92.2023.107-113Từ khóa:
THz; Metamaterial; Hấp thụ sóng điện từ ; Dịch tần.Tóm tắt
Với những tiềm năng ứng dụng to lớn trong các lĩnh vực như bức xạ nhiệt hiệu suất cao, cảm biến hóa sinh độ nhạy cao, các kĩ thuật cảm biến phân tử và trong lĩnh vực năng lượng, vật liệu metamaterial (MMA) hấp thụ sóng THz hiện đang rất được quan tâm nghiên cứu. Trong đó, các nghiên cứu nhằm tạo ra các vật liệu MMA hấp thụ có điều khiển, có khả năng thay đổi tính chất hấp thụ sau khi chế tạo bằng các tác động ngoại vi có ý nghĩa đặc biệt quan trọng. Trong nghiên cứu này chúng tôi đề xuất một thiết kế có thể thay đổi tần số hấp thụ của vật liệu MMA bằng cách kết hợp với một lưới graphene. Tần số cộng hưởng của cấu trúc được điều khiển bằng điện trường ngoài thông qua năng lượng Fermi của graphene. Cấu trúc MMA được thiết kế đơn giản gồm các đĩa vàng đặt trên lưới graphene. Kết quả mô phỏng cho thấy tần số hấp thụ được điều khiển từ 1,67 THz đến 1,9 THz tương ứng với sự thay đổi năng lượng Fermi của graphene từ 0,0 eV đến 0,5 eV.
Tài liệu tham khảo
[1]. N. I. Landy, S. Sajuyigbe, J. J. Mock, D. R. Smith, and W. J. Padilla, “Perfect Metamaterial Absorber,” Phys. Rev. Lett., vol. 100, no. 20, p. 207402, (2008). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.100.207402
[2]. W. Zhu, Y. Huang, I. D. Rukhlenko, G. Wen, and M. Premaratne, “Configurable metamaterial absorber with pseudo wideband spectrum,” Opt. Express, vol. 20, no. 6, p. 6616, (2012). DOI: https://doi.org/10.1364/OE.20.006616
[3]. L. Gevorgyan et al., “Tunable ultra-broadband terahertz metamaterial absorber based on vanadium dioxide strips” RCS Adv, vol. 13, pp. 11984–11958, (2023). DOI: https://doi.org/10.1039/D3RA01194A
[4]. L. N. Le, N. M. Thang, L. M. Thuy, and N. T. Tung, “Hybrid semiconductor–dielectric metamaterial modulation for switchable bi-directional THz absorbers,” Optics Communications, vol. 383, pp. 244–249, (2017). DOI: https://doi.org/10.1016/j.optcom.2016.09.014
[5]. Y. Xie et al, “A multifrequency narrow-band perfect absorber based on graphene metamaterial,” Diamond and Related Materials, vol. 137, pp. 110100, (2023). DOI: https://doi.org/10.1016/j.diamond.2023.110100
[6]. X. Liu, T. Tyler, T. Starr, A. F. Starr, N. M. Jokerst, W. J. Padilla, “Taming the Blackbody with Infrared Metamaterials as Selective Thermal Emitters,” Phys. Rev. Lett., vol. 107, no. 4, p. 045901, (2011). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.107.045901
[7]. Z. Zhou et al, “Ultra-Wideband Microwave Absorption by Design and Optimization of Metasurface Salisbury Screen,” IEEE Access, vol. 6, pp. 26843–26853, (2018). DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2018.2835815
[8]. L. Cong, S. Tan, R. Yahiaoui, F. Yan, W. Zhang, and R. Singh, “Experimental demonstration of ultrasensitive sensing with terahertz metamaterial absorbers: A comparison with the metasurfaces,” Applied Physics Letters, vol. 106, no. 3, p. 031107, (2015). DOI: https://doi.org/10.1063/1.4906109
[9]. H. Zhou et al., “Terahertz biosensing based on bi-layer metamaterial absorbers toward ultra-high sensitivity and simple fabrication,” Applied Physics Letters, vol. 115, no. 14, p. 143507, (2019). DOI: https://doi.org/10.1063/1.5111584
[10]. T. V. Do et al., “Design, fabrication and characterization of a perfect absorber using simple cut-wire metamaterials,” Adv. Nat. Sci: Nanosci. Nanotechnol., vol. 3, no. 4, p. 045014, (2012). DOI: https://doi.org/10.1088/2043-6262/3/4/045014
[11]. N. T. Tung and T. Tanaka, “Characterizations of an infrared polarization-insensitive metamaterial perfect absorber and its potential in sensing applications,” Photonics and Nanostructures - Fundamentals and Applications, vol. 28, pp. 100–105, (2018). DOI: https://doi.org/10.1016/j.photonics.2017.12.004
[12]. V. Chabot, D. Higgins, A. Yu, X. Xiao, Z. Chen, and J. Zhang, “A review of graphene and graphene oxide sponge: material synthesis and applications to energy and the environment,” Energy Environ. Sci., vol. 7, no. 5, p. 1564, (2014). DOI: https://doi.org/10.1039/c3ee43385d
[13]. P. R. Gray, P. J. Hurst, S. H. Lewis, and R. G. Meyer, "Analysis and Design of Analog Integrated Circuits", Fifth. Wiley, (2009).
[14]. J. Zhou, E. N. Economon, T. Koschny, and C. M. Soukoulis, “Unifying approach to left-handed material design,” Opt. Lett., vol. 31, no. 24, p. 3620, (2006). DOI: https://doi.org/10.1364/OL.31.003620
[15]. N. T. Hien et al., “Characterizations of a thermo-tunable broadband fishnet metamaterial at THz frequencies,” Computational Materials Science, vol. 103, pp. 189–193, (2015). DOI: https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2015.02.038
[16]. Z. Zhihong et al, “Broadband single-layered graphene absorber using periodic arrays of graphene ribbons with gradient width,” Appl. Phys. Express, vol. 8, no. 1, p. 015102, (2015). DOI: https://doi.org/10.7567/APEX.8.015102
[17]. Y. Zhang et al, “Graphene based tunable metamaterial absorber and polarization modulation in terahertz frequency,” Opt. Express, vol. 22, no. 19, p. 22743, (2014). DOI: https://doi.org/10.1364/OE.22.022743
[18]. J. S. Gómez-Díaz and J. Perruisseau-Carrier, “Graphene-based plasmonic switches at near infrared frequencies,” Opt. Express, vol. 21, no. 13, p. 15490, (2013). DOI: https://doi.org/10.1364/OE.21.015490
