石墨烯与太赫兹科学

合集下载

多功能可调谐太赫兹石墨烯超表面

多功能可调谐太赫兹石墨烯超表面1. 引言1.1 研究背景太赫兹波是指频率介于100 GHz至10 THz之间的电磁波，具有穿透力强、非电离性、对生物体无害等特点，因此在通信、成像、安全检测等领域具有广泛应用前景。

然而，太赫兹波在传输和控制过程中存在着一系列技术挑战，其中之一就是如何有效调控太赫兹波信号的传播和传感性能。

石墨烯是一种由碳原子单层构成的二维晶体材料，具有优异的电学、热学和光学性能，被广泛研究和应用于光电子器件、传感器等领域。

近年来，研究人员发现将石墨烯与太赫兹技术相结合，可以制备出一种具有多功能可调谐性能的太赫兹石墨烯超表面。

这种超表面不仅可以有效调控太赫兹波信号的传播与传感性能，还具有优异的多功能性能，为太赫兹技术的应用提供了新的解决方案。

因此，研究太赫兹石墨烯超表面具有重要的科学意义和应用价值。

本文将对太赫兹石墨烯超表面的制备方法、特性分析、多功能性能研究以及在通信和成像领域的应用进行深入探讨，为未来太赫兹技术的发展提供有力支持与引导。

1.2 研究意义多功能可调谐太赫兹石墨烯超表面则是将石墨烯与超表面结合，通过控制石墨烯的电学性质来实现太赫兹波的调控。

这种新型材料不仅能够在太赫兹波段实现频率调谐，还能够实现极化控制、波束整形和波束聚焦等功能。

研究多功能可调谐太赫兹石墨烯超表面具有重要的意义。

这种材料的制备和应用可以推动太赫兹领域的技术发展，提高太赫兹波在通信、成像等领域的应用效率和性能。

多功能性的研究将拓展太赫兹石墨烯超表面的应用领域，促进更多领域的技术创新。

这种材料的研究对于推动石墨烯材料在电磁波调控领域的应用也具有重要的推动作用。

研究多功能可调谐太赫兹石墨烯超表面的意义重大，并具有广阔的发展前景。

2. 正文2.1 太赫兹石墨烯超表面的制备方法太赫兹石墨烯超表面的制备方法是一项复杂而精密的工艺过程，需要经过多步骤才能实现。

需要准备高质量的石墨烯材料作为基底，通常采用化学气相沉积或机械剥离法获取单层石墨烯。

太赫兹石墨烯

太赫兹石墨烯太赫兹石墨烯是一种在太赫兹频率范围内具有优异性能的材料。

太赫兹频率是指电磁波频率介于光子学和微波之间的范围，大约在0.1至10太赫兹之间。

石墨烯是由碳原子通过特殊方式构成的二维结构，具有很高的导电性和导热性，同时具备了很强的光学特性。

因此，将石墨烯结合太赫兹技术，可以得到具备独特功能的太赫兹石墨烯材料。

太赫兹频率范围被广泛应用于无线通信、医学成像、安全检测等领域。

太赫兹波可以穿透非导电材料，如纸张、塑料、纤维素等，同时具有较好的分辨率。

因此，在安全检测中可以用于检测和识别隐藏在物体中的物质。

太赫兹医学成像则可以用于检测有机物的结构和组织表面的变化。

太赫兹通信是一种新型无线通信方式，具有高速率、高质量、低功耗等特点。

因此，通过研究太赫兹石墨烯，可以推动太赫兹技术在以上领域的应用进一步发展。

石墨烯本身具有很高的导电性，这使得太赫兹石墨烯可以用于制作太赫兹探测器。

太赫兹探测器是一种能够接收太赫兹信号并转化为电信号的设备。

传统的太赫兹探测器使用铁电材料或半导体材料，但由于其不足，如工作频率受限、尺寸过大等，限制了太赫兹技术的发展。

而太赫兹石墨烯探测器可以克服这些问题，具有更高的灵敏度和更小的尺寸。

太赫兹石墨烯的导电性还使其可以用于制作太赫兹发射器。

太赫兹发射器是一种能够产生太赫兹波的设备。

传统的太赫兹发射器使用激光脉冲或电波激励源，但难以实现快速、可调谐等要求。

而太赫兹石墨烯发射器由于石墨烯的优异电导特性，可以更方便地产生太赫兹辐射，且频率范围较宽。

除了导电性外，太赫兹石墨烯还具备较好的导热性能。

导热性是指物质传递热量的能力。

在太赫兹应用中，导热性能可以保证设备在高功率和高频率工作时不会因过热而受损。

太赫兹石墨烯的导热性能优异，可以提供更高的功率和更快的传输速度。

此外，石墨烯在光学方面也具备独特的特性，对太赫兹波有很好的响应能力。

太赫兹光谱是一种启发式的电磁学技术，可以用于材料的结构与功能的表征。

《基于石墨烯和二氧化钒的太赫兹可调谐超材料吸收器》范文

《基于石墨烯和二氧化钒的太赫兹可调谐超材料吸收器》篇一一、引言随着科技的发展，太赫兹波在通信、生物医学和安全检测等领域的应用越来越广泛。

超材料吸收器作为太赫兹波应用的关键技术之一，其性能的优化和调控成为研究的热点。

本文提出了一种基于石墨烯和二氧化钒的太赫兹可调谐超材料吸收器，旨在通过材料的独特性质实现吸收器的性能优化和可调谐性。

二、石墨烯和二氧化钒的特性1. 石墨烯：石墨烯是一种由单层碳原子构成的二维材料，具有优异的电学、热学和力学性能。

在太赫兹波段，石墨烯具有较高的电导率和可调谐的电学性质，使得其成为超材料吸收器的理想材料。

2. 二氧化钒：二氧化钒是一种相变材料，在特定温度下会发生金属-半导体相变。

在太赫兹波段，二氧化钒的电学性质可调，且具有较高的光学透过率，使其成为超材料吸收器中可调谐元件的理想选择。

三、太赫兹可调谐超材料吸收器的设计本文设计的太赫兹可调谐超材料吸收器以石墨烯和二氧化钒为主要材料，通过将二者结合，实现吸收器的可调谐性。

设计过程中，我们采用了周期性排列的金属-介质-金属结构，其中介质层采用石墨烯和二氧化钒的复合材料。

通过调整石墨烯的电导率和二氧化钒的相变温度，实现吸收器的太赫兹波段的可调谐性。

四、吸收器性能的仿真与分析我们采用时域有限差分法对所设计的太赫兹可调谐超材料吸收器进行仿真分析。

仿真结果表明，该吸收器在太赫兹波段具有较高的吸收率和可调谐性。

通过调整石墨烯的电导率和二氧化钒的相变温度，可以实现吸收峰的频率移动和吸收强度的调节。

此外，该吸收器还具有较高的光学透过率和较低的反射率，有利于提高太赫兹波的应用效率。

五、实验验证与性能优化为了验证仿真结果的准确性，我们进行了实验验证。

通过制备基于石墨烯和二氧化钒的太赫兹可调谐超材料吸收器样品，并对其性能进行测试。

实验结果表明，该吸收器具有良好的可调谐性和较高的吸收率，与仿真结果基本一致。

为了进一步提高吸收器的性能，我们进一步优化了金属-介质-金属结构的尺寸和排列方式，以及石墨烯和二氧化钒的复合比例。

石墨烯与太赫兹器件

因为太赫兹光的透射率和反射率对石墨烯的电阻很敏感石墨烯异质结构中的载流子浓度可以通过外加的栅极电场大小进行调节.载流子浓度的升降会造成石墨烯结构的电阻率的变化.这种电阻的可调节性使得石墨烯作为太赫兹器件很有应用前景.具体例子如下:
• (1)太赫兹调制器:在外场作用下,石墨烯表现出较高的电致电阻和磁致电阻,可以用来改变太赫兹光在石墨烯器件中透射率或反射率,从而实现赫兹调制器. • (2)可调谐太赫兹滤波器:它与调制器工作原理相似,石墨烯太赫兹滤波器的透射率可以调节,且滤波器的频率范围也可调. • (3)太赫兹波导:石墨烯优良的导电率和二维平面性质使其成为太赫兹波导材料的自然选择.而且作为波导材料,其反射率可以调节.
• (4)太赫兹起偏器:石墨烯可以很容易地长在硅片或碳化硅衬底上. 窄带的石墨烯阵列对太赫兹光具有各向异性的透射率,从而可以作为太赫兹起偏器使用. • (5)太赫兹分光器:多层石墨烯可以用作太赫兹光的分光器,而且其透射光与分射光的比例可以通过石墨烯的层数及外加电场的大小进行调节,使得连续可调的太赫兹分光器成为可能.
石墨烯与太赫兹
太赫兹光谱学是一种应用领域广阔且具有很好前景的探测和成像技术.由于其能带结构和其他特性,石墨烯与太赫兹科学有着内在的必然联系.例如,当载流子浓度适中(109— 1012cm - 2)时,石烯内部的等离子体振荡频率就是在太赫兹频段.双原子层石墨烯或者外延生长的石墨烯可能成为半导体,其禁带宽度可以设计为0— 0.3eV,正好覆盖太赫兹频段. 通过调节石墨烯中的能级与载流子浓度，可以进一步控制其太赫兹电导。石墨稀的双极电场效应允许其电子和空穴在栅压作用下连续可调，最高可 -2 达以上 1013 cm 。而其电阻可以下降 17倍。因此，电压可以被用来调节石墨稀的载流子浓度和太赫兹电导，从而进一步用于太赫兹波的调控。图表示的是一种石墨炼场效应管结构，利用这种结iO2/Si上构成场效应管的示意图石墨烯的太赫兹电导随栅压的变化曲线

科学家开发出石墨烯太赫兹设备样机

（技网）科
美我翻低压下提高Ｌ宪率赫法Ｄ发Ｅ
美国麻省理工学院的研究人员通过一种插座转换设备使发光二极管（Ｅ）能够比其消ＬＤ耗的电功率释放出更多光功率，电源转换效率可达到１０以上。相关研究发表于最新一０％
曾想用二维电子气体来操控太赫兹波，去年
一
，
是增加ＬＤ的输出功率反而导致其效率Ｅ灯
下降。而麻省理工学院的研究人员解释说，他们的研究成果大大降低了外施的电压。根
据计算，当电压减少到一半，输入功率降低了４，而发出的光功率与电压保持一致，也倍达到一半。换言之，当输出功率下降时ＬＤＥ发
他们论证了基于石墨烯的高性能设备，今年是首次通过实验证明了这种设备，并将进一步开展研究。（科技日报）
不会立即促使超效率的ＬＤ商业化，因为示范Ｅ
项目仅能用很低的输入功率产生少量的光。
光率却在增加。
在实验中，研究人员减少了ＬＤ的输入功Ｅ
率，仅３皮瓦，而测量到输出达６皮瓦的光Ｏ９
量，效率高达２０３％。将相同的物理机制作用
于任何ＬＤ，在外施电压作用下，电子和空穴Ｅ

基于石墨烯太赫兹频段超材料天线的设计与研究

基于石墨烯太赫兹频段超材料天线的设计与研究
随着科技的发展，在微波、太赫兹频段中应用石墨烯太赫兹频段超材料天线被越来越多的研究技术热点所关注。

石墨烯被认为是下一代技术的重要元素，其在电磁场处理、高效过滤等应用中能够提升系统性能。

因此，本文探讨了基于石墨烯太赫兹频段超材料天线的设计与研究。

二、研究内容
首先，本文介绍了石墨烯太赫兹频段超材料天线的基本原理，这种天线主要利用石墨烯的电磁波透射特性，采用太赫兹频段元件的结构来构成超材料天线。

研究人员分析了基本结构图，发现其通过平板结构来增强辐射性能，使结构正交至入射电磁波，从而提高收发器的辐射效率。

其次，本文详细介绍了石墨烯太赫兹频段超材料天线的电口特性，包括斯滕伯格常数和穿过系数，以及电阻的影响。

在实验过程中，研究人员采用不同参数设计，并且通过测试有效验证了石墨烯太赫兹频段超材料天线的辐射性能。

此外，本文还研究了石墨烯太赫兹频段超材料天线的可塑性特性，分析了这种天线在实际应用中可以进行多次调节，以满足不同条件下系统的要求。

最后，本文提出了以下几点总结和建议：（1）石墨烯太赫兹频段超材料天线在微型化方面有很大的优势，可以满足多种复杂的电磁环境应用；（2）该天线可以通过加大板式厚度来提高电磁屏蔽效果；（3）
未来研究应更好地整合电磁物理、微波、模拟电路设计、仿真技术等多个学科，以提升超材料天线的技术综合性能。

三、结论
本文通过对石墨烯太赫兹频段超材料天线的研究，深入探讨了其基本原理、电口特性、可塑性特性等，可以为实际应用提供参考。

未来的研究将更好地建立和深入研究石墨烯太赫兹频段超材料天线的特性，以提高其应用前景。

石墨烯可用于重构太赫兹光电子学

石墨烯可用于重构太赫兹光电子学这篇文章阐述了设计重构太赫兹器件的潜力，这类太赫兹器件使用的是具有电学可调谐光学特性的石墨烯调制器和开关。

Berardi Sensale-Rodrı´guez, Student Member IEEE, Rusen Yan, Lei Liu, Member IEEE, Debdeep Jena, Member IEEE, and Huili Grace Xing, Member IEEE翻译：蒋均摘要：在这篇文章中，我们测试了石墨烯作为一种材料用于重构太赫兹光电学。

他能在相当大的太赫兹频带中实现电控调节光学特性，联合其具有的2维特性和易集成特点，这将会导致它有独特的性能从而设计新的太赫兹器件，与此同时也可以提高现行的太赫兹技术。

我们第一次回顾了从石墨烯发现至今在太赫兹光电器件上的表现，包括大面积石墨烯、等离子体的和超材料的器件。

进一步的讨论先进的设计和挑战将会在后面进行。

关键词：自主优化；滤波器；石墨烯；超材料；调制器；等离子体；重构；开关；太赫兹；介绍有前途的运用包括很多的人们致力的领域，其中包括了医药、生物学、通信系统，安全和天文学等等，在最近几年里太赫兹技术已经转变为一个比较热门的研究领域[1]-[3]。

在太赫兹常常被定义在0.1-30THz频段内，是近几十年内最少被研究的电磁频谱，主要因为缺乏在该频段与之产生作用并可以控制的材料和器件。

但是由于太赫兹发射和探测技术的不断提高，太赫兹科学技术在工业和商业应用得到了更多的关注。

例如，太赫兹成像技术运用在几个医学和安全运用行业（例如：牙成像[5]，活体内皮肤癌探测[6]，死人扫描仪[7]等），因为相比更长波长辐射源，太赫兹波更能实现高空间分辨率（比如毫米波），同时也可以比短波长（例如紫外线和X光射线）不容易电离。

同样的许多很重要的光谱信息也在太赫兹频段，这使得太赫兹光谱分析对薄膜特性分析中成为一种很有效的技术[9]，生物学运用[10]和非法物品的检测（比如爆炸物和毒药等）[11]。

石墨烯太赫兹纳米器件综述教学内容

此外还有化学性质、电学性质等其他一些性质。
下面主要介绍石墨烯的光电特性。
石墨烯电导率特性
其中e是单位电荷量，h是普朗克常量，ω是光波角频率，Ef是费米能级，f（.）是费米分布函数，t是动量弛豫时间，г是描述带间跃迁增加的参数
在低频率（太赫兹频率）时，石墨烯的光电导率主要取决于带内跃迁，而在高频率时，带间跃迁占优势，当频率非常高时接近可见光范围，此时光电导率降低到一个恒定值e2 /4h,因此一般情况下，石墨烯片层只吸收照射到它表明的2.3%的光，这一特性满足了人们追求透明电极的要求。
石墨烯表面等离子体激元的优点有可调谐性，低损耗性和极端约束模式等。
在ON状态下，整个主机波导具有相同的传播特性，并且设备表现为从入射端到输出端传输等离激元的过程。在OFF状态，中央波导的导向性被修改为输入端口和输出端口之间的隔离状态。
建模
石墨烯是一种单原子厚的无带隙半导体，可由复杂的表面电导率来表征，此电导率可由Kubo公式来描述，并且主要取决于μc，它可以通过改变材料的初始掺杂或通过施加外部静电场来控制，其中Γ为光学散射率。
石墨烯在最小导电率损耗
时不会引入明显的太赫兹波的插入
石墨烯光电调制器的调制深度范围大概为13%—17%，比传统材料的6%大很多。
通过电调谐带内跃迁密度，可以控制太赫兹波在石墨烯中的传输。
人工结构表面-自立式
利用偏压产生的电场使得表面电导率突增，从而激发相邻石墨烯贴片之间的共振，在感应电流逐渐产生共振时，随着偏压电场强度的增加，电流密度在贴片的中间急剧增加，在边缘急剧减小。
（a）图理解成R-L-C谐振器。R是电阻率（
的
倒数）实部，它依赖于石墨烯的图案化结构尺寸和形状。电感L

太赫兹石墨烯

太赫兹石墨烯以太赫兹石墨烯是指利用石墨烯材料在以太赫兹波段进行传输和探测的技术。

以太赫兹波段指的是电磁波的频率范围位于300 GHz至10 THz之间。

这一频段的电磁波具有较高的穿透力和较低的能量，因此在许多领域有着广泛的应用前景。

石墨烯是由碳原子通过化学键连接形成的单层蜂窝结构的二维材料。

它具有出色的导电性、热导性和力学性能，被认为是一种具有巨大潜力的材料。

然而，石墨烯在可见光和微波波段的吸收较强，对于以太赫兹波段的应用来说并不理想。

为了克服石墨烯在以太赫兹波段的吸收问题，研究人员提出了一种新的方法，即以太赫兹石墨烯。

以太赫兹石墨烯是通过对石墨烯进行结构调控或与其他材料复合，使其在以太赫兹波段具有优异的传输和探测性能。

以太赫兹石墨烯的研究和应用涉及到多个领域。

在通信领域，以太赫兹石墨烯可以用于高速无线通信和数据传输。

由于以太赫兹波段的特点，以太赫兹通信可以实现高带宽和低能耗的通信方式，因此被认为是未来无线通信的重要技术之一。

以太赫兹石墨烯的应用可以提高信号传输的效率和稳定性，进一步推动以太赫兹通信技术的发展。

在安全领域，以太赫兹石墨烯可以应用于隐蔽武器探测和安全检查。

以太赫兹波段的电磁波可以穿透很多物质，例如纸张、塑料、纺织品等，但对于金属和液体有较强的反射或吸收能力。

利用以太赫兹石墨烯的传输和探测性能，可以实现对隐藏在物体内部的武器或禁止物品的快速检测，提高安全检查的效率和精度。

在医疗领域，以太赫兹石墨烯可以用于生物医学成像和治疗。

以太赫兹波段的电磁波可以穿透生物组织，对于人体无害，因此可以用于检测和诊断疾病。

以太赫兹石墨烯的应用可以提高成像的分辨率和灵敏度，帮助医生更准确地判断病情和制定治疗方案。

除了以上应用领域，以太赫兹石墨烯还可以应用于材料科学、能源领域等。

例如，在材料科学中，以太赫兹石墨烯可以用于材料的表征和性能研究，帮助研究人员了解材料的结构和性质。

在能源领域，以太赫兹石墨烯可以用于太阳能电池的研究和开发，提高太阳能电池的转换效率和稳定性。

多功能可调谐太赫兹石墨烯超表面

多功能可调谐太赫兹石墨烯超表面石墨烯是一种新颖的二维材料，由碳原子单层构成，具有出色的导电性、热导性和机械性能。

这些独特的特性使得石墨烯在多个领域具有广泛的应用前景，包括电子学、光学、传感器和能源存储等方面。

近年来，研究人员发现，通过对石墨烯进行微观结构设计和控制，可以创造出一种名为太赫兹石墨烯超表面的新型材料，具有多功能可调谐的特性，展现出了巨大的研究和应用潜力。

太赫兹波段是指电磁波频率介于红外光和微波之间的一段频段，具有很多在生物医学、通信、安全检测以及图像处理等方面的应用价值。

太赫兹波段的研究和应用一直受限于传统材料的特性，而石墨烯超表面的出现为太赫兹技术的进一步发展提供了新的可能性。

太赫兹石墨烯超表面是一种由石墨烯和微结构纳米天线构成的复合材料，其特性主要由石墨烯基板的电学和磁学响应以及微结构的尺寸和几何形状共同决定。

这种材料不仅能够实现太赫兹波段的调谐和调制，还具有光学透过率高、表面等离振荡增强、极化控制等特性。

多功能可调谐是太赫兹石墨烯超表面的重要特点之一。

对于太赫兹波段的调制和控制，传统的材料和结构存在一定的局限性，而太赫兹石墨烯超表面通过调控石墨烯基板的电学和磁学性质，可以灵活地调谐太赫兹波段的传输特性。

研究表明，通过改变石墨烯基板的电化学氧化还原反应，可以调节石墨烯的电导率和介电常数，从而实现太赫兹波段的频率调谐和相位调制。

太赫兹石墨烯超表面的微结构设计也可以通过控制微结构的尺寸和排列方式，实现太赫兹波段的色散调节和波束操控。

这种多功能可调谐的特性使得太赫兹石墨烯超表面在太赫兹技术和设备中具有广泛的应用前景，可以应用于太赫兹成像、传感、无线通信和天线技术等领域。

太赫兹石墨烯超表面也面临着一些挑战和问题。

目前太赫兹石墨烯超表面的制备和加工工艺尚不够成熟，导致材料的稳定性和可靠性有待提高。

太赫兹石墨烯超表面的多功能调谐机制和光学性能还需要深入研究和理解，才能实现更加精确和可控的太赫兹波调制和控制。

多层石墨烯太赫兹频段电导率研究

多层石墨烯太赫兹频段电导率研究
近年来，多层石墨烯在太赫兹频段电导率方面的研究受到了广泛关注。

以下是关于这一领域的研究成果总结：
一、多层石墨烯的制备方法
1. 机械剥离法：通过机械剥离技术能够获得高质量的多层石墨烯。

2. 化学气相沉积法：在高温和高压条件下，通过化学反应制备多层石
墨烯。

3. 液相剥离法：在液体介质中，使用有机生长剂来制备多层石墨烯。

二、多层石墨烯的太赫兹频段电导率研究
1. 实验研究：多层石墨烯在太赫兹频段具有较高的电导率，其电导率
随着层数的增加而逐渐降低。

2. 理论模拟：基于第一性原理的计算方法，研究多层石墨烯在太赫兹
频段的电导率，得到了较为精确的模拟结果。

3. 应用前景：多层石墨烯的高电导率在太赫兹频段的应用领域包括太
赫兹传感器、太赫兹通信、太赫兹成像等。

三、多层石墨烯的太赫兹频段电导率优化研究
1. 金属掺杂：在多层石墨烯中引入金属元素，可以提高其在太赫兹频
段的电导率。

2. 中性掺杂：通过中性元素（如氢、硼等）的掺杂来修饰多层石墨烯，可以提高其太赫兹频段的电导率。

3. 外加电场：通过外加电场的作用，可以改变多层石墨烯在太赫兹频
段的电导率。

总之，多层石墨烯在太赫兹频段电导率的研究具有重要的意义和应用
前景，而针对多层石墨烯电导率的优化研究将会进一步推动其应用领
域的拓展。

石墨烯动态调控太赫兹表面等离激元

第 21 卷第 8 期2023 年 8 月Vol.21，No.8Aug.，2023太赫兹科学与电子信息学报Journal of Terahertz Science and Electronic Information Technology石墨烯动态调控太赫兹表面等离激元张葆青，冯明明，张翼飞*，宋爱民(山东大学微电子学院，山东济南250100)摘要：太赫兹表面等离激元(SPPs)是利用亚波长周期性结构在太赫兹频段模拟的具有与可见光频段表面等离激元相似的光学特性的电磁波，分为传输型和局域型2种。

本文将石墨烯引入太赫兹表面等离激元结构作为动态激励源，通过外加偏压改变石墨烯的电导率，分别实现了对传输型表面等离激元的幅度、频率、相位和对局域表面等离激元共振强度的动态调控。

本文方法为表面等离激元的动态调控提供了新的思路，拓宽了表面等离激元在太赫兹频段的应用。

关键词：表面等离激元；太赫兹；石墨烯；动态调控中图分类号：TN29；O441.4文献标志码：A doi：10.11805/TKYDA2022163Active modulation of terahertz Surface Plasmons Polaritons with grapheneZHANG Baoqing，FENG Mingming，ZHANG Yifei*，SONG Aimin(School of Microelectronics，Shandong University，Jinan Shandong 250100，China)AbstractAbstract：：Terahertz(THz) Surface Plasmons Polaritons(SPPs) can mimic optical Surface Plasmons (SPs) and obtain similar optical properties with periodic sub-wavelength structures, which typicallyconsist of propagating SPPs and Localized Surface Plasmons(LSPs). In this work, graphene is utilized asthe active stimuli to dynamically control the amplitude, frequency, and phase of SPPs and reconfigure theresonant modes of LSPs at various bias voltages. Such design provides new solutions for active control ofSPPs and LSPs at THz frequencies.KeywordsKeywords：：Surface Plasmons Polaritons；terahertz；graphene；active modulation表面等离激元(SPPs)是金属和介质交界面上的自由电荷集体振荡形成的一种电磁表面波，具有局域电场增强和突破光学衍射极限的特点，在生物传感、超分辨力成像、高效光伏等领域应用广泛[1]。

石墨烯太赫兹波动态调制的研究进展

Ｒｅｃｅｎｔｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｔｅｒａｈｅｒｔｚｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｇｒａｐｈｅｎｅ
１，２１，２ＣＨＥＮＸｉｅｙｕ，ＴＩＡＮＺｈｅｎ
第１期
等：石墨烯太赫兹波动态调制的研究进展㊀㊀㊀㊀㊀㊀陈勰宇，
８７
器件，可以有效地降低太赫兹系统的复杂度、成
１㊀引㊀言
㊀㊀太赫兹波（ＴＨｚ）是频率在０１ＴＨｚ到１０ＴＨｚ的电磁波，在电磁波谱上介于微波和红外波段之间，处于电子学向光子学的过渡领域。近年来，由于太赫兹波所具有的独特的性质，如宽带性、低能量性、相干性等，太赫兹波受到了人们越来越多的关注，因而在前沿科学研究与新技术应用等诸多
液晶等。然而，由于这些材料本身有着容易受温度变化影响或性质变化范围较小的局限性，并不能完全达到人们对主动调制范围、稳定性和速度等要素的要求，因此探索实现可调超材料的新方法、新材料仍然是一个具有挑战性的课题。与之前的可调超材料相比，石墨烯超材料具有调制方便、调制范围较大等优势。因此，利用石墨烯和超材料的混合结构来实现太赫兹波的动态调制成为优先发展方向，并且已经取得了许多令人瞩目的
６］线［等，上述基于电子学的太赫兹技术大多和微
的可重构超材料，最典型的就是基于微机电系统
１２］（ＭＥＭＳ）的可重构超材料［，但是这一方法受到
加工工艺水平的限制，在材料稳定性等方面还有很大提高空间；第二类是基于活性媒质的混合超材料，利用活性媒质的光电性质会随着外加光、电、热等刺激而变化的特性，实现可调的太赫兹超

陈徐博士Carbon发表关于石墨烯太赫兹超材料器件的最新研究成果

陈徐博士Carbon发表关于石墨烯太赫兹超材料器件
的最新研究成果
近日，中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室研究员范文慧课题组，在太赫兹超材料功能器件方面的最新研究成果，以Multiple plasmonic resonance excitations on graphene metamaterials for ultrasensitive terahertz sensing为题，在线发表在Carbon上，论文第一作者为博士研究生陈徐。

论文提出并研究了一种利用石墨烯构建的三维太赫兹超材料结构，通过与太赫兹波的相互作用，可以实现多个等离子体共振模式激发；论文首次提出将这种具有多个等离子体共振模式的三维超材料结构应用于太赫兹传感，具有很高的传感灵敏度，可实现多频段太赫兹波超灵敏主动传感和多频带完美吸收功能，为太赫兹传感研究提供了一种创新方法。

太赫兹波主要指频率在0.1THz~10THz的电磁波，位于红外波与微波之间，处于宏观电子学与微观
光子学的过渡区域，具有很多独特特性，例如光子能量低、穿透性强、频谱覆盖有机分子和生物大分子的分子振动和转动能级等，有助于开发全新的光谱分析和无损检测技术，实现在材料特性检测、微电子测试、医学诊断、环境监控、化工和生物识别、军事国防等方面的应用。

然而，自然界的常规材料很难在太赫兹频段产生有效的电磁响应，在。

石墨烯与太赫兹科学

连接在一起的.
与碳原子之间的碰撞对电子的影响也是很小的. 最
除了曼彻斯特大学提出的机械剥离法外 ,科学近人们通过一种非接触光学方法测量了在室温下石
家们也在探索其他制备石墨烯的方法 ,并取得了一墨烯的热导率 ,约为 5 ×103W ·m - 1 ·K- 1 [ 11 ]. 这个
·396·
http: ΠΠwww. wuli. ac. cn 物理 ·38卷 (2009年 ) 6期
2 石墨烯的奇特性质
作为一种独特的二维晶体 ,石墨烯具有众多奇
特的性质. 由于石墨烯是由纯的碳原子组成并且具
有整齐的晶格结构 ,因此它显示出很高的晶体质量.
到目前为止 ,在石墨烯中还没有发现类似空位或者
位错这样的点缺陷. 石墨烯中碳原子之间的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ能很
大而且具有很好的柔韧性 ,这使其具有比钻石更大
图 1 石墨烯可以在铅笔划痕里存在. 上图为铅笔绘制的石墨烯的二维结构图 ; 下图为石墨烯在隧道电子显微镜下的图像 (引自网页 : http: / /www. spectrum. ieee. org / jun08 /6252)
墨烯堆积而成的原子尺度的球状、拉伸椭球状结构
由于石墨烯优良的晶体特性 ,它具有很好的电
等. 碳纳米管本质上也是由石墨烯片卷曲而成的微导率和热导率. 电子可以自由移动而不会受到晶格
小的圆柱体. 石墨则是由多层石墨烯堆积成的三维缺陷和杂质原子的散射影响. 由于原子间很强的化
材料 ,层与层之间通过分子间很弱的范德瓦尔斯力学键 ,即使是在室温下石墨烯中的电子不可避免地
Graphene and terahertz sc ience
HAN Peng2Yu1 L IU W ei2 X IE Ya2Hong2 ZHANG Xi2Cheng1,

石墨烯太赫兹芯片

石墨烯太赫兹芯片石墨烯太赫兹芯片是一种基于石墨烯材料的微型电子芯片，可以在太赫兹频段进行信号传输和处理。

石墨烯是一种由碳原子组成的单层蜂窝状结构，具有优异的导电性、热导性和机械强度，被广泛应用于各种领域的科技产品中。

太赫兹波段是指频率范围在0.1 THz到10 THz之间的电磁波。

这一频段的电磁波具有穿透力强、分辨率高、无辐射危害等优点，在生物医学、安全检测、通信等领域有着重要的应用前景。

然而，由于太赫兹波段的特殊性，传统的电子器件很难在该频段上进行高效的信号传输和处理。

石墨烯作为一种具有出色电子特性的材料，被认为是太赫兹应用领域的理想材料之一。

石墨烯的高载流子迁移率和宽带隙特性，使其能够在太赫兹频段实现高速、低噪声的信号传输和处理。

利用石墨烯材料制备的太赫兹芯片，可以实现更高的频率响应、更低的功耗和更小的尺寸，为太赫兹技术的发展提供了重要的支持。

石墨烯太赫兹芯片的制备主要包括两个关键步骤：石墨烯的制备和芯片的加工。

石墨烯的制备可以通过机械剥离、化学气相沉积、化学气相沉积还原等方法进行。

在制备过程中，需要控制石墨烯的层数、晶格缺陷等参数，以获得具有理想电子特性的石墨烯材料。

芯片的加工则包括沉积金属电极、制作微纳结构等步骤，用于实现电子器件的连接和信号传输。

石墨烯太赫兹芯片在各个领域都具有广泛的应用前景。

在生物医学领域，石墨烯太赫兹芯片可以用于皮肤病变的早期检测、癌症细胞的检测和治疗等。

在安全检测领域，石墨烯太赫兹芯片可以用于爆炸品和毒品的检测、隐蔽武器的探测等。

在通信领域，石墨烯太赫兹芯片可以用于高速无线通信、毫米波雷达等。

然而，石墨烯太赫兹芯片的商业化应用还面临一些挑战。

首先，石墨烯的制备成本较高，导致石墨烯太赫兹芯片的价格较高。

其次，石墨烯的稳定性和可靠性有待提高，以满足实际应用的需求。

此外，石墨烯太赫兹芯片的标准化和产业化程度较低，需要进一步加强研发与产业的结合，推动其商业化进程。

石墨烯太赫兹芯片作为一种具有巨大潜力的新型微电子器件，将在太赫兹应用领域发挥重要作用。

连续域束缚态-石墨烯太赫兹传感器

连续域束缚态-石墨烯太赫兹传感器连续域束缚态-石墨烯太赫兹传感器是一种基于石墨烯材料的先进传感器技术，它利用石墨烯在太赫兹频率范围内的特殊电磁性质来实现对太赫兹波的高灵敏度检测。

这种传感器的工作原理涉及到太赫兹波与石墨烯中的电子相互作用，以及石墨烯中的电子在太赫兹波段的动态响应。

石墨烯是由单层碳原子以蜂窝状排列组成的二维材料，具有许多独特的电子和光学性质。

其中，石墨烯的电子能够表现出所谓的“质量less Dirac fermions”行为，即电子的有效质量接近于零，这使得石墨烯在太赫兹波段具有极高的电子迁移率和极低的电子散射率。

这些特性使得石墨烯成为制造高性能太赫兹传感器的理想材料。

在太赫兹传感器中，石墨烯的作用类似于一个光电导材料，当太赫兹波照射到石墨烯表面时，石墨烯中的电子会被激发并产生光电流。

这个光电流的大小与入射太赫兹波的强度成正比，因此可以通过测量光电流来检测太赫兹波的强度。

由于石墨烯的高电子迁移率和低电子散射率，这种传感器可以实现对太赫兹波的高灵敏度和快速响应。

为了进一步提高石墨烯太赫兹传感器的性能，研究人员还引入了连续域束缚态（bound states in the continuum, BICs）的概念。

连续域束缚态是指在连续光谱中存在的局部化态，它们可以在特定条件下被激发并与外部电磁场强烈耦合。

通过设计特殊的石墨烯结构，如周期性的纳米结构或者光子晶体，可以在石墨烯中引入连续域束缚态，从而增强石墨烯与太赫兹波的相互作用，提高传感器的灵敏度和检测范围。

石墨烯太赫兹传感器在许多领域都有广泛的应用前景，如安全检查、生物医学成像、通信技术等。

由于其高灵敏度和快速响应的特点，石墨烯太赫兹传感器有望在未来成为一种重要的太赫兹波检测技术。

然而，要实现这一目标，还需要克服一些挑战，如提高石墨烯的制备质量、优化传感器的设计和集成等。

总之，连续域束缚态-石墨烯太赫兹传感器是一种具有巨大潜力的新型传感技术，值得进一步的研究和发展。

石墨烯太赫兹纳米器件综述

■ 石墨烯电导率的增加导致反射光谱上尖锐共振的发生。该石墨烯双周期层构成的可控超薄多带滤波器工作在红外频率下。空间色散的影响可以忽略不计。
■ 两个谐振频率下的总电场幅度值（a）11.3THz（b）20.0THz。上部分是无偏置状态，下部分是电偏置石墨烯表面电场强度是 E0=2.2V/nm。
■ 表面等离子体激元（SPP）的特性取决于材料的导电性和对波导采用的类型。在理想2D石墨烯片的情况下，分散传播模式的关系：
■ SPP的特性阻抗可以表示为：
■ 通过调节可实现SPP的传播常数和特性阻抗的大范围的变化。
■ 单层石墨烯上的SPP传播特性如图4.1所示：
■ 结构图：
■ 等效传输线模型：
观察到几个不同特性：第一，共振时输入阻抗实部很大，最高达到500欧母。第二，共振频率可被控制在0.8THz-1.8THz。
(a)不同uc，共振时的辐射效率； (b)总辐射效率
（a）有和（b）没有硅透镜下天线归一化的指向性，证实了预期中方向性的增加。
总结：1、对于较大的μc，天线的谐振更强烈，辐射效率提高了。
■ 1966年mermin和wagner指出长的波长起伏会使有序的二维晶体收到破坏。
■ 2004年曼彻斯特大学的安德烈海姆和诺沃肖洛夫第一次在实验室中得到石墨烯。
■ 2010年10月5日，安德烈海姆和诺沃肖洛夫获得诺贝尔物理学奖。
诺奖获得者和石墨烯的平面结构
石墨烯研究现状
■ 石墨烯目前还处于研发阶段，各国对于这个新兴材料还处于一个专利布局期。
（a）由异质结构MIM （金-空气-金）组成的电浆PPWG（b） GPPWG（c）不同厚度不同频率时厚度300nm 的金波导的品质因数（FOM）（d）-（f）不同频率不同化学势时，厚度300nm的 GPPWG的FOM,传播长度，归一化特性阻抗。

石墨烯与太赫兹科学

多功能可调谐太赫兹石墨烯超表面

太赫兹石墨烯

《基于石墨烯和二氧化钒的太赫兹可调谐超材料吸收器》范文

石墨烯与太赫兹器件

科学家开发出石墨烯太赫兹设备样机

基于石墨烯太赫兹频段超材料天线的设计与研究

石墨烯可用于重构太赫兹光电子学

石墨烯太赫兹纳米器件综述教学内容

太赫兹石墨烯

多功能可调谐太赫兹石墨烯超表面

多层石墨烯太赫兹频段电导率研究

石墨烯动态调控太赫兹表面等离激元

石墨烯太赫兹波动态调制的研究进展

陈徐博士Carbon发表关于石墨烯太赫兹超材料器件的最新研究成果

石墨烯与太赫兹科学

石墨烯太赫兹芯片

连续域束缚态-石墨烯 太赫兹传感器

石墨烯太赫兹纳米器件综述

连续域束缚态-石墨烯太赫兹传感器