Science >> Wetenschap >  >> Fysica

Nieuwe op koolstof gebaseerde afstembare metasurface-absorber maakt de weg vrij voor geavanceerde terahertz-technologie

Aan de andere kant, hoewel er afstembare, op metaal gebaseerde metasurface-absorbers bestaan, wordt het gebruik van dunne metaallagen ontmoedigd. Dit is te wijten aan verschillende nadelen, zoals de moeilijkheid bij het vervaardigen van de noodzakelijke structuren en matige prestaties veroorzaakt door de inherente eigenschappen van metalen.

Tegen deze achtergrond heeft een onderzoeksteam uit China nu een nieuwe op koolstof gebaseerde afstembare metasurface-absorber ontwikkeld met een ultrabrede, afstembare bandbreedte in het THz-bereik. Hun onderzoek, onder leiding van Dr. Wenhan Cao van de ShanghaiTech University, werd gepubliceerd in Advanced Photonics Nexus .

De voorgestelde absorber is gecentreerd rond het gebruik van grafeen- en grafietmicrostructuren als resonatoren en een grafietlaag als een terugreflecterend oppervlak. "De zich herhalende subeenheid, of 'eenheidscel', in deze THz-metasurface-absorber was strategisch ontworpen om de absorptie-efficiëntie te optimaliseren, voornamelijk op basis van vier factoren:geometrie, materiaaleigenschappen, polarisatiegevoeligheid en afstemmingsmechanismen", legt Cao uit.

Qua geometrie bestaat de absorber uit drie dunne lagen. De bovenste laag is een geleidende laag met een patroon die een opstelling van concentrische grafietringen bevat die met elkaar zijn verbonden door grafeendraden, terwijl de tweede een eenvoudig diëlektricum is dat ongewenste elektromagnetische golven helpt verspreiden. Ten slotte is de derde laag een absorptielaag die voorkomt dat THz-golven dwars door het apparaat gaan, waardoor de absorptie-efficiëntie wordt gemaximaliseerd.

Zowel de materiaalkeuze als het geometrische ontwerp van de absorber, dat werd geoptimaliseerd door numerieke analyse en simulaties, dragen bij aan de opmerkelijke absorptie in het THz-bereik. Een belangrijk kenmerk van de voorgestelde absorber is met name de afstembaarheid, die voortkomt uit een instelbaar Fermi-niveau. Deze parameter is essentieel in de materiaal- en halfgeleidertechnologie, omdat deze de verdeling van elektronen op verschillende energieniveaus bepaalt.

Door een spanning op de grafeenlaag aan te leggen, is het mogelijk om het Fermi-niveau ervan te wijzigen, waardoor je de absorptiebandbreedte eenvoudig kunt verfijnen.

"Op een Fermi-niveau van 1 eV kan de voorgestelde absorber een indrukwekkend grote bandbreedte van 8,99 THz bereiken, en een absorptie van meer dan 90% leveren binnen het frequentiebereik van 7,24 tot 16,23 THz, met twee duidelijke resonantiepieken bij 8,35 THz en 14,70 THz," voegde Cao toe.

Een ander opmerkelijk voordeel van het voorgestelde ontwerp is de opmerkelijke ongevoeligheid voor de polarisatiehoek van invallende straling. Deze gunstige eigenschap vloeit uiteraard voort uit het gebruik van concentrische ringen in de eenheidscel van de absorber. De cirkel, die een perfect symmetrische vorm heeft, zorgt ervoor dat de absorber een hoge absorptiesnelheid behoudt bij invalshoeken tot 50°.

Over het geheel genomen vertegenwoordigen de vele voordelen van het voorgestelde ontwerp, gecombineerd met de elegante eenvoud, een echte doorbraak in THz-technologie.

"De voorgestelde absorber biedt een ultradunne en eenvoudige metaalvrije structuur met een brede en afstembare absorptiebandbreedte bij een lage dikte, wat de toepasbaarheid ervan aanzienlijk vergroot. Deze voordelen gaan verder dan die van andere gerapporteerde absorbers", aldus Cao.

Binnenkort zouden THz-apparaten onderdeel kunnen worden van de dagelijkse technologie, vooral op gebieden als geneeskunde en communicatie, maar ook in meer onderzoeksgerichte activiteiten zoals materiaalkunde en biologie.

Meer informatie: Aiqiang Nie et al, op koolstof gebaseerde ultrabreedband afstembare terahertz-metasurface-absorber, Advanced Photonics Nexus (2024). DOI:10.1117/1.APN.3.1.016007

Geleverd door SPIE




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. DNA Extraction by Spooling Method
  2. Van wortels tot veerkracht:onderzoek naar de vitale rol van microben in de gezondheid van kustplanten
  3. Hoe toont hemoglobine de vier niveaus van eiwitstructuur?
  4. Een benadering van het hele lichaam om chemosensorische cellen te begrijpen
  5. Hoe dieren hun juiste grootte bereiken
  6. Maki-darm is niet één ecosysteem, het zijn er veel
  7. Onderzoekers onthullen een nieuw mechanisme van hyaluronzuur met een specifiek molecuulgewicht om de ontsteking van de gastheer te verbeteren
  8. "What Does Heterozygous Mean?
  9. nieuwe wegen, betere biobrandstoffen

Wetenschap