石墨烯双曲超材料的宽带吸收特性研究
基于超材料的宽带高吸收率吸波器研究
波 器 在 x 波 段 雷 达 、电磁 隐 身 等 方 面 有 着 巨大 的 潜 在 应 用 。
ห้องสมุดไป่ตู้
关 键 词 :超 材 料 吸 波 器 ;宽 频 带 ;高 吸 收 率 ;集 总 电 阻
中 图 分 类 号 :TN972+.44
文 献 标 识 码 :A
DOI:10.16157/j.issn.0258—7998.171412
high absorption rate for incident wave wjtl1 wide incidence angle.Finally,the a b sorption mechanism is analyzed by using the sur-
face current and electric field distribution of the absorber.The broadband high absorption metamaterial absorber this paper designed has a huge potential application in the X band radar, electr o magnetic stealth and SO on. Key WOrds: metamaterial absorber;broadband;high ab sor ption;lumped resistance
中文 引 用 格 式 :于榭 彬 ,宋 耀 良 ,范 事成 .基 于超材 料 的宽 带 高吸 收率 吸 波器 研究 【J】.电子技 术 应用 ,2017,43(12):89—91,95. 英 文 引 用 格 式 : Yu Xiebin,Song Yaoliang,Fan Shicheng.Research on broadband and high absorption absorber based Oil metamate‘ rial[J].Application of Electronic Technique,2017,43(12):89—91,95.
《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。
双控石墨烯超材料太赫兹调制器的双频反射特性
Qi n g d a o ,S h a n d o n g 2 6 6 5 9 0 。 Ch i n a )
Ab s t r a c l : A d L l { 【 卜c on l r o l t e r a h er t z me t a ma t e r i a l mo du l a t o r wa s pr op os e d. wh os e r e f l e l ' t i on pr o pe r t i e s, I t t wo f r e qu e n一 ( - i t 、 s i n t l 1 t t e r a h (  ̄ r l z f r o qu e n c y r a l 1 g c c a n be t un e d by vo l t a ge a nd i l h l mi na t i o n. F he me l a ma l e r i al mo dul a t or i s c o n l — po s e d of a s pl i t r i ng r e s o na t or . whi c h i s de p o s i t e d on a s a nd wi c b s t r u c l l i f e o f∈ l gr a p be ne l ay e r ,| p I ol yi mi de s p a c e r l a ye r a nd | j go hl l a y e r, e mh e d( 1 e d hy s e mi c o n du c t o r s i l i c on i n t h e s pl i t g ap . F he s t u dy Wa S a c hi e v e d by a ppl y i n g l ow hi a s v ol t a g/ OI 1 g“q) he n e ht y e r a nd we a k l i g ht i nt e ns i t y o n s e mi c o ndu c t or , r e s p e c t i v e l y .Tl 1 r e s t I hs d e m on s t r a t e t wo r t f l e c t i o n di p s i n t ht 、r ef h、 ( 、 l i v e s p e ( ’ t r t l n l ,mo r e ov e r, b ot h e x c i t at i o ns c a n c ha n ge t h e s t r en gt h of r e s e na n c e r e f l e c t i o n di p .T h c r e s ( ) ㈨ l 1 c 、 t 、r e f h ' l ’ l i on d i p I t 0. 80 6 T H z r i s e s wi t h t h e i nc r e a s i n g of t h e Fe r r ni l e v e l or l l 1 L ,l i g ht i nt e ns i t y . W h i l t a l 1 .8 69 l 。 ’ H z. “l e r 0 s ( ) l l a l l c e r c f l e c t i on d i P f i r s  ̄de c r e a s e s a n d t h e n i n c r e a s e s. r e a c he s i t s n l i t l i mu m a t Fe r mi l e v( 、 【of 1 3 ., i ㈣ ni l V a l l ( I l i gh t pu n1 p ef 97 0. 5 4 S/ m, r e s pe c t i v e l y .Num e r i c a l r e s ul t s wi t h t we ex t e r t l 【 l s t i mu l i c h ar gi n g s i n ml t a t l e ous l y f l r 【 _ al s o p r e s e nl e d .T h e b e s t a mp l i t ud e modu l a t i o n d e p t h t ha t c ou hl h e a c hi e w: d i s 9 9. 7 4
石墨烯与其复合材料的电磁波屏蔽性能研究
石墨烯与其复合材料的电磁波屏蔽性能研究石墨烯是一种具有特殊物理性质的薄片状材料,其单层由碳原子构成,有着高度的导电性和导热性。
与其他材料相比,石墨烯的电催化活性、热稳定性和机械强度都非常优异,因此被广泛用于电子、能源、传感器等领域的研究和应用。
在电磁波屏蔽性能方面,石墨烯及其复合材料也展现出了很好的潜力。
1. 石墨烯的电磁波屏蔽性能石墨烯是一种单层碳原子排列成的二维晶体,其结构具有很好的结构特性和物理性能,以及与传统材料相比具有更高的导电性和导热性。
由于石墨烯独特的电子能带结构和空间结构,具有优异的电磁波屏蔽性能。
一个最显著的优势是石墨烯的介电常数很低,使其对电磁波有很强的吸收能力。
石墨烯电磁波屏蔽性能可以归功于它的两个特性,一是单层厚度,二是非常好的导电性。
在超薄的石墨烯薄膜上,电磁波相互作用的作用距离较短,使得电荷的耗散非常强烈,并产生表面电阻。
在高电阻的污垢表面,能量被转化为热能,并有效地吸收电磁波。
石墨烯的晶格性质也影响着它的电磁波屏蔽性能,不规则的几何形状和碳原子排列可形成局部电荷堆积,从而加强了吸收电磁波的能力。
2. 石墨烯复合材料的电磁波屏蔽性能虽然石墨烯的单层厚度和优异的导电性使其成为一种很好的电磁波屏蔽材料,但由于其制备成本过高,生产中心性差等问题,导致其应用不太广泛。
为了克服这些问题,现在许多研究人员正在研究石墨烯的复合材料,以利用石墨烯的性能和其他材料的优点来制造出成本更低,效率更高的电磁波屏蔽材料。
石墨烯的复合材料有许多种类型,需要根据应用的需求和要求来选择适合的材料。
例如,石墨烯与聚合物混合后可以获得电磁波屏蔽材料,也可以使用金属纳米颗粒包覆的石墨烯来制造出具有优良抗干扰能力的材料。
3. 石墨烯复合材料电磁波屏蔽性能的优化石墨烯的复合材料有很好的电磁波屏蔽性能,但是这种性能还可以通过不断优化来提升。
例如可以通过石墨烯和其他材料的形状和组成来对其电磁波屏蔽性能进行调整。
在复合材料中增加石墨烯含量通常可以提高电磁波屏蔽性功能力,但这也会导致质量和成本增加。
基于石墨烯超材料的宽频带可调太赫兹吸波体
第19卷 第6期太赫兹科学与电子信息学报Vo1.19,No.62021年12月 Journal of Terahertz Science and Electronic Information Technology Dec.,2021文章编号:2095-4980(2021)06-0973-06基于石墨烯超材料的宽频带可调太赫兹吸波体胡丹1,付麦霞2,朱巧芬3(1.安阳师范学院物理与电气工程学院,河南安阳 455000;2.河南工业大学信息科学与工程学院,河南郑州 450001;3.河北工程大学数理科学与工程学院,河北邯郸 056038)摘 要:基于二维材料石墨烯,设计了一款宽频带可调谐超材料太赫兹吸波体。
该吸波体由三层结构组成,顶层为石墨烯超材料,中间层为二氧化硅,底层为金属薄膜。
仿真结果表明,当石墨烯的费米能级为0.7eV时,该吸波体在1.11~2.61THz频率范围内吸收率超过90%,相对吸收带宽为80.6%。
当石墨烯的费米能级从0eV增大到0.7eV时,该吸波体器件的峰值吸收率可以从20.32%增大到98.56%。
此外,该吸波体器件还具有极化不敏感和广角吸收的特性。
因此,它在太赫兹波段的热成像、热探测、隐身技术等领域具有潜在的应用价值。
关键词:超材料;太赫兹;吸波体;石墨烯中图分类号:TN29文献标志码:A doi:10.11805/TKYDA2021248Tunable broadband terahertz absorber based on graphene metamaterialHU Dan1,FU Maixia2,ZHU Qiaofen3(1.School of Physics and Electrical Engineering,Anyang Normal University,Anyang Henan 455000,China;. All Rights Reserved.2.College of Information Science and Engineering,Henan University of Technology,Zhengzhou Henan 450001,China)3.School of Mathematics and Physics Science and Engineering,Hebei University of Engineering,Handan Hebei 056038,China)Abstract:A tunable broadband terahertz absorber based on graphene metamaterial is proposed and numerically demonstrated. The absorber consists of three layers: the upper is the graphene metamateriallayer, the middle is the SiO2layer, and the bottom is the metallic layer. Simulation results demonstratethat the proposed absorber achieves over 90% absorption in 1.11- 2.61THz with a relative bandwidth of80.6%when Fermi level c=0.7eV. The peak absorption rate of the proposed absorber can be tuned from20.32%to 98.56%by changing the Fermi energy of graphene from 0eV to 0.7eV. Additionally, theproposed absorber is insensitive to polarization and has high absorbance to wide incidence angles. Suchdesign may have some potential applications in thermal imaging, thermal detecting, and stealth technique.Keywords:metamaterial;terahertz;absorber;graphene超材料吸波体具有厚度薄、质量轻、吸收能力强、高度集成等优点,并且可以“量需定制”。
石墨烯纳米材料的光吸收与光学性质研究
石墨烯纳米材料的光吸收与光学性质研究石墨烯是一种在近年来备受瞩目的纳米材料,它具有极高的导电性和热导性,在电子学、能源存储和光学应用等领域展现出了巨大的潜力。
其中,石墨烯在光学方面的研究尤为重要。
石墨烯具有单原子厚度和大的比表面积,这使得它在光学上具有一些独特的性质。
首先,石墨烯对光的吸收非常高效。
由于其单原子厚度,光可以直接进入石墨烯中,并被其高度导电性的碳原子吸收。
此外,石墨烯的大比表面积也使得它能够捕获更多的光子能量。
因此,石墨烯具有极高的光吸收率,是一种非常有效的光吸收材料。
其次,石墨烯还表现出了一些其他的光学性质。
例如,石墨烯具有非常强的光散射能力。
当光通过石墨烯时,它会与石墨烯中的电子相互作用,并发生散射。
这种散射效应可以用来制备透明导电薄膜。
石墨烯的高光学透射率和导电性使得它非常适合用于光电子器件的制备。
此外,石墨烯还具有可调节的光学性质。
通过控制石墨烯的厚度和物理结构,可以调控其吸收和散射光的波长范围。
这为石墨烯在光学器件中的应用提供了更大的灵活性。
例如,石墨烯可以被用作可调谐滤光器,通过调节外界电场来改变其吸收和透射光的波长。
这种可调节性使得石墨烯在光通信和光传感器等领域有着广阔的应用前景。
对于石墨烯纳米材料的光吸收和光学性质研究,科学家们已经取得了一系列的重要突破。
例如,研究人员发现,在石墨烯和其他二维材料的异质结构中,可以产生新的光学效应。
此外,通过利用局域表面等离子体共振效应,可以进一步增强石墨烯的光吸收能力。
这些研究不仅深化了对石墨烯的理解,还为其在光学器件领域的应用开辟了新的可能性。
尽管石墨烯在光学方面展现出了巨大的潜力,但在其应用过程中也存在一些挑战。
例如,石墨烯的制备和操控依然面临一定的难题。
目前,大规模制备高质量的单层石墨烯仍然是一个挑战。
此外,石墨烯的光学性质也需要更深入的研究和理解,以实现其在实际应用中的最大化利用。
总之,石墨烯纳米材料的光吸收与光学性质的研究是一个重要的课题。
石墨烯二维材料的新奇物性与应用
石墨烯二维材料的新奇物性与应用石墨烯是一种由碳原子形成的单层结构,被誉为二十一世纪最有潜力的材料之一。
它具有独特的物理和化学性质,使其在各个领域都具备广泛的应用前景。
本文将就石墨烯的新奇物性及其在不同领域的应用做一综述。
一、石墨烯的新奇物性1. 直接带隙性质:相较于传统的石墨材料,石墨烯具有非零的能带间隙,这使其具备了在电子学领域中更加广泛的应用空间。
2. 高载流子迁移率:石墨烯的载流子迁移率极高,远远超过常见半导体材料如硅。
这使其在高速电子器件方面具备了巨大的潜力。
3. 热稳定性:石墨烯的热稳定性极高,可以承受高温环境下的工作。
这项特性使得石墨烯在电子产品的高温工作环境下有着广泛的应用前景。
4. 巨大的比表面积:由于石墨烯非常薄且具有二维结构,使其具有巨大的比表面积。
这使得石墨烯在催化剂、能源存储等领域具有广泛的应用前景。
5. 灵活性和透明性:石墨烯极其薄且具有良好的柔韧性,同时具备极高的透明性。
这使得石墨烯在柔性电子学领域具有巨大的应用潜力。
二、石墨烯在电子学领域的应用1. 石墨烯晶体管:由于石墨烯带有直接带隙和高迁移率的特性,使其成为可能对传统硅晶体管进行替代。
石墨烯晶体管具有更低的功耗和更高的工作频率。
2. 石墨烯透明导电膜:石墨烯具有良好的透明性,同时具有优越的导电性能。
因此,石墨烯透明导电膜在触摸屏、太阳能电池等领域有着广泛的应用。
3. 石墨烯传感器:石墨烯对周围环境中微小事件的敏感性使其成为一种理想的传感器材料。
石墨烯传感器在气体传感、生物传感等领域具有巨大的应用潜力。
三、石墨烯在能源领域的应用1. 石墨烯催化剂:石墨烯由于巨大的比表面积和良好的导电性能,可以作为高效催化剂用于固体氧化物燃料电池、电解水等能源转换领域。
2. 石墨烯电池:利用石墨烯作为电极材料,可以提高电池的能量密度和循环寿命。
石墨烯电池在锂离子电池、超级电容器等领域具有广泛的应用前景。
四、石墨烯在其他领域的应用1. 石墨烯复合材料:将石墨烯与其他材料复合,可以有效改善材料的力学性能、导电性能等。
石墨烯在电磁屏蔽与吸波材料方面的应用及研究进展
石墨烯在电磁屏蔽与吸波材料方面的应用及研究进展石墨烯是由碳原子以六边形晶格形式排列而成的一种二维材料,其具有独特的结构和性质,因此在电磁屏蔽与吸波材料领域具有广泛的应用前景。
石墨烯具有出色的电导率,高可伸缩性和优异的力学性能,使其成为一种理想的电磁屏蔽和吸波材料。
石墨烯作为电磁屏蔽材料,能够有效地阻挡和反射电磁波的传播,具有良好的电磁屏蔽性能。
石墨烯的单层结构使其具有很高的电导率,使其在电磁屏蔽中能够快速地消除电磁波的能量,从而有效地降低电磁辐射对周围环境和人体的伤害。
此外,石墨烯还具有极高的力学强度和韧性,可以制成具有强度和韧性的电磁屏蔽材料,能够承受较大的外力而不易破裂。
石墨烯在吸波材料方面的研究也取得了一系列进展。
通过控制石墨烯的结构和化学成分,可以实现对其在特定频率范围内的电磁波的吸收。
石墨烯材料可以在广泛的频率范围内实现高吸波性能,包括可见光、红外光和微波等。
此外,石墨烯还可以结合其他吸波材料来增强吸波性能。
例如,通过将石墨烯与金属或聚合物复合,可以实现更高效的电磁波吸收。
近年来,研究人员还将石墨烯与其他材料相结合,以进一步提高电磁屏蔽和吸波性能。
例如,将石墨烯与氧化物、金属或聚合物复合,形成具有多层结构的复合材料,能够在各个频率范围内实现优越的电磁屏蔽性能。
这些复合材料能够同时具备石墨烯的优点和其他材料的特性,从而提高电磁屏蔽和吸波效果。
此外,石墨烯与纳米材料的复合也是电磁屏蔽和吸波材料研究的一个热点。
通过控制纳米材料的形貌、尺寸和含量,可以实现更好的电磁波阻抗匹配,从而提高吸波性能。
例如,将石墨烯与二维过渡金属碳化物MXene复合,可以显著提高电磁波吸收能力。
这种复合材料具有大量的界面,能够增加电磁波与材料之间的相互作用,从而提高吸波性能。
总的来说,石墨烯在电磁屏蔽和吸波材料方面具有巨大的应用潜力。
通过不断地探索石墨烯的性质和与其他材料的复合,可以开发出更高效、更可靠的电磁屏蔽和吸波材料。
石墨烯双曲超材料光学特性的研究进展1
1 双曲超材料及石墨烯简介超材料是一种人工微结构材料,是由亚波长尺度的结构单元构建的一种特殊结构,通过对结构单元的材料和厚度的调节来达到控制电磁波传输的目的,从而可以实现自然界中的材料所不具有的特性。
具有双曲色散关系的双曲超材料(Hyperbolic Metamaterials, HMMs)是超材料中的一种,也称为不确定介电媒质(Indefinite permittivity media,IPMs),该媒质的的电磁特性可以通过介电常数张量ˆε及磁导率张量ˆμ来进行描述。
由于双曲超材料所具有的独特的双曲色散关系,使其表现出一系列新的光学现象,在隐身、光波导、成像、超透镜、聚焦、热传输、和负折射等方面具有潜在的实用价值。
1.1 双曲超材料双曲超材料是一种具有双曲色散关系的强各向异性超材料,它的光学性质可以用归一化的等效介电常数张量ˆε和等效磁导率张量ˆμ来表示,沿着光轴方向的张量分量值和垂直于光轴方向的张量分量值的正负号相反,即或;归一化的等效介电常数张量ˆε和等效磁导率张量ˆμ的形式为:(1)式(1)中的和ε⊥分别代表平行于光轴的分量和垂直于光轴①基金项目:南京邮电大学大学生创新训练计划(批准号:XYB2016092)。
作者简介:谭朝幻(1996,7—),男,汉,重庆人,本科,研究方向:光电信息科学与工程。
王昊月(1996,9—),女,汉,内蒙古人,本科,研究方向:光电信息科学与工程。
孟方俊(1996,8—),男,汉,山西人,本科,研究方向:光电信息科学与工程。
通讯作者:许吉(1983,8—),女,汉,江苏南京人,博士,副教授,从事微纳光子学领域研究,E-mail:xuji@。
DOI:10.16661/ki.1672-3791.2017.20.001石墨烯双曲超材料光学特性的研究进展①谭朝幻 王昊月 孟方俊 王胜明 许吉*(南京邮电大学光电工程学院 江苏南京 210023)摘 要:双曲超材料因其所拥有的奇异特性具有非常大的应用前景,其中金属材料构成的双曲超材料是近年来的一个研究热点,而用石墨烯代替金属构成的石墨烯-电介质超材料可以通过对入射电磁波频率和化学势的调节来实现双曲色散特性,其相比于金属-电介质双曲超材料和金属纳米线双曲超材料,具有更小的传输损耗、更小的结构体积并且更易于光电集成。
石墨烯复合材料中的电磁波吸收性能研究
石墨烯复合材料中的电磁波吸收性能研究近年来,石墨烯复合材料因其优异的性能引起了广泛的关注。
在复合材料的研究中,电磁波吸收性能是一项重要的指标,它直接影响到材料在电磁波应用中的实际效果。
本文将对石墨烯复合材料中的电磁波吸收性能研究进行探讨。
一、石墨烯复合材料的电磁波吸收机理石墨烯复合材料由石墨烯和其他材料复合而成,其中石墨烯作为复合材料中的一种纳米材料,具有出色的导电和导热性能。
当石墨烯复合材料受到电磁波的照射时,其表面电荷振荡会产生吸收能力。
此外,石墨烯复合材料中的磁散射和磁吸收也可以导致电磁波的吸收。
二、石墨烯复合材料的电磁波吸收性能研究现状在实际应用中,一般将石墨烯复合材料作为电磁波吸收材料来研究。
有研究表明,石墨烯复合材料具有较高的电磁波吸收性能。
例如,石墨烯/NiFe2O4复合材料的吸收峰值在3 GHz处达到-50 dB,这意味着这种复合材料可以有效地吸收电磁波。
另外,石墨烯/聚苯胺复合材料的吸收带宽也很宽,可以达到3 GHz到10 GHz。
这些研究表明,石墨烯复合材料具有较好的电磁波吸收性能。
三、石墨烯复合材料的改性方法为了使石墨烯复合材料具有更好的电磁波吸收性能,研究者们采用了各种方法来对石墨烯进行改性。
其中,掺杂和表面修饰是两种常见的改性方法。
1.掺杂改性掺杂是指在石墨烯中加入金属、非金属甚至有机物质。
这种掺杂可以改变石墨烯的导电性质,从而提高电磁波吸收性能。
例如,在石墨烯中掺杂碳纳米管可以引起由于磁吸收引起的迟滞效应,从而提高了石墨烯复合材料的吸收能力。
2.表面修饰改性表面修饰是指通过化学方法对石墨烯表面进行处理,增强石墨烯与复合材料之间的相互作用。
这种方法可以改善石墨烯在复合材料中的分散性和稳定性。
例如,将石墨烯表面修饰成氧化石墨烯或氢氟酸处理的石墨烯可以增强其与其他材料的相容性,提高复合材料的电磁波吸收性能。
四、石墨烯复合材料在电磁波应用中的展望石墨烯复合材料具有广阔的应用前景,特别是在电磁波领域中。
基于石墨烯超材料的可调谐完美吸收器的研究
基于石墨烯超材料的可调谐完美吸收器的研究基于石墨烯超材料的可调谐完美吸收器的研究引言随着科学技术的不断发展,人类对于光的控制和利用也逐渐深入。
完美吸收器作为近年来兴起的研究热点之一,对于光的吸收和调控具有重要意义。
石墨烯超材料因其优异的光学性能成为控制光吸收的理想材料之一。
本文将介绍基于石墨烯超材料的可调谐完美吸收器的研究进展与应用前景。
1. 理论基础石墨烯是由碳原子构成的二维材料,其单层厚度和光学特性使其成为一个优秀的超材料候选者。
石墨烯的层间距离、带宽、载流子浓度等参数均可以通过外界调控,从而实现对于光吸收的调控。
采用石墨烯制备的超材料可以呈现出多种吸收特性,其中完美吸收是指在一定波长范围内吸收率达到100%。
石墨烯超材料的可调谐完美吸收器是通过调控石墨烯的物理参数,实现对吸收波长、强度和方向的精确控制。
2. 结构设计与制备方法为了实现可调谐完美吸收器,研究人员设计了一系列不同结构的石墨烯超材料。
这些结构包括周期性光栅、金属纳米颗粒阵列和石墨烯层叠结构等。
通过改变这些结构的尺寸、形状和间距,可以调控吸收光的波长。
制备石墨烯超材料的方法包括机械剥离法、化学气相沉积法和电化学沉积法等。
其中,化学气相沉积法可以在大面积上获得高质量的石墨烯超材料。
3. 特性与调控机制石墨烯超材料的特性与调控机制是可调谐完美吸收器的关键。
石墨烯的载流子浓度可以通过施加外电场或通过控制气体环境中的吸附分子浓度来改变,从而实现对吸收的调控。
此外,石墨烯的层间距离也可以通过机械拉伸或压缩来调节,对吸收波长有重要影响。
通过在石墨烯超材料中引入铁磁性材料,还可以实现磁场调控的完美吸收效果。
4. 应用前景可调谐完美吸收器在光通信、光电器件和光伏等领域具有广阔的应用前景。
在光通信方面,可调谐完美吸收器可以实现对不同波长光信号的选择性吸收和传输,从而实现多波长光信号的高效传输。
在光电器件方面,可调谐完美吸收器可以作为光探测器、太阳能电池等光电器件的关键部件,提高器件的效率和性能。
《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、引言近年来,随着超材料科技的不断发展,人们对于高频电磁波段的操控及运用越发感兴趣。
特别是对于太赫兹(THz)频段而言,其在无线通信、医学诊断、安全检测等领域具有广泛的应用前景。
而如何设计一款在太赫兹频段内具有高效率、高稳定性和可调谐性的超材料吸收器,则成为了科研人员追求的目标。
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,以期在上述领域提供一种全新的解决方案。
二、太赫兹可调谐超材料吸收器的构造及工作原理(一)材料选取及结构特点1. 石墨烯:具有优良的电导率,且通过改变其载流子浓度可以调控其电导率。
在太赫兹频段内,石墨烯的电磁响应特性尤为突出。
2. 二氧化钒(VO2):一种具有相变特性的材料,在特定温度下,其电导率会发生显著变化,从而影响其电磁响应特性。
该吸收器采用周期性排列的金属-绝缘体-金属(MIM)结构,其中绝缘层采用基于石墨烯和二氧化钒的复合材料。
这种结构有利于实现对太赫兹波的有效吸收和调控。
(二)工作原理该吸收器的工作原理基于电磁共振和材料相变特性。
当太赫兹波入射到吸收器上时,其与金属层和绝缘层之间的相互作用产生电磁共振,从而实现高效吸收。
同时,通过改变石墨烯和二氧化钒的电导率,可以调节该共振频率,从而实现对太赫兹波的调谐。
三、制备及实验结果分析(一)制备过程制备该超材料吸收器需要使用纳米级工艺,通过将石墨烯和二氧化钒分别与金属薄膜交替排列并加工成特定结构,完成超材料吸收器的制备。
(二)实验结果分析实验结果表明,该太赫兹可调谐超材料吸收器具有较高的吸收率、稳定性及调谐性能。
其吸波率可达到95%《基于石墨烯和二氧化钒的太赫兹可调谐超材料吸收器》篇二一、引言随着科技的飞速发展,超材料吸收器在无线通信、雷达探测、生物医学等领域得到了广泛的应用。
其中,可调谐超材料吸收器由于具有动态调控、可重构的特性,更受研究者们的青睐。
近年来,基于石墨烯和二氧化钒等新兴材料的太赫兹可调谐超材料吸收器逐渐成为研究热点。
NiRGO复合材料的制备及微波吸收性能探究
安徽科技学院学报,2020,34(5):71-75Journal of Anhui Science and Technology UniversityNi/RGO复合材料的制备及微波吸收性能探究王亚伟,王彦平",陈梦杰,胡家琦,吴苗苗(安徽科技学院化学与材料工程学院,安徽凤阳233100)摘要:目的:制备Ni/RGO复合材料,以改善单纯石墨烯介电常数较高,无法满足阻抗匹配,吸波性能较差的缺点。
方法:通过水合肼还原一步法得到镍/石墨烯(Ni/RGO)复合材料,并通过X射线粉末衍射仪对样品的物相组成和晶体结构进行表征,通过透射电子显微镜对样品的形貌和分散情况等进行观察,通过矢量网络分析仪对样品的吸波特性进行测试。
结果:Ni/RGO复合材料具有良好的电磁波吸收性能,并且Ni/RGO复合材料对电磁波的吸收主要来源于介电损耗。
结论:将石墨烯和磁性纳米粒子Ni复合,可以获得综合性能优异的电磁波吸收材料。
关键词:Ni/RGO;复合材料;吸波;反射损耗中图分类号:TQ134.11,TQ032.41文献标志码:A文章编号:1673-8772(2020)05-0071-05DOI:10.19608/ki.1673-8772.2017.0824Synthesis and Microwave Absorption Properties of Ni/RGO Composite WANG Yawei,WANG Yanping",CHEN Mengie,HU Jiaqi,WU Miaomiao (College of Chemistry and Materials Engineering,Anhui Science and Technology University,Fengyang233100,China)Abstract:Objective:Ni/RGO composite was produced to improve the disadvantages of pure graphene,such as thehighpermi t ivity'impedancemismatchandthepoorabsorbingperformance Mehods:TheNi/RGOcom-positewassynthesizedbyreducingwithhydrazinehydrateinonestep'andthephasecompositionandcrystal structure of the sample were characterized by X-raypowderdi f ractometer The morphologyanddispersing propertyofthesamplewereobservedbytransmissionelectronmicroscope'andthemicrowaveabsorptionprop-ertiesofthesampleweremeasuredbyvectornetworkanalyzer Resuls:TheresultsshowthatNi/RGOcom-posites exhibit exce l ent electromagnetic wave absorption properties'which mainlyresultfromthedielectric lo s Conclusion:BycombininggraphenewithmagneticNinanoparticles'electromagneticwaveabsorbingmate-rialswithexce l entcomprehensivepropertiescanbeobtainedKey words:Ni/RGO;Composite;Microwave absorption;Reflection loss电磁波吸收材料(Electromagnetic wave absorbing materials),简称“吸波材料”是指能够对入射的电磁波进行吸收衰减,并将其电磁能转换成热能或其它形式的能量而耗散掉或使电磁波因干涉效应而消失收稿日期:2020-04-05基金项目:国家大学生创新创业训练计划项目(201810879018)作者简介:王亚伟(1998—)男,安徽六安人,本科生,主要从事电磁波吸收材料研究)通信作者:王彦平,讲师,E-mail:wangyanping9O327@ o72安徽科技学院学报2020年的一类材料+,。
《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、引言随着科技的飞速发展,超材料吸收器在电磁波谱的各个波段都得到了广泛的研究和应用。
特别是在太赫兹(THz)波段,可调谐超材料吸收器因其独特的性能和广泛的应用前景而备受关注。
本文将介绍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,并对其工作原理、制备方法及性能进行详细的分析和讨论。
二、石墨烯和二氧化钒的基本性质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,石墨烯的电导率可以通过外部电场进行调控,从而实现对太赫兹波的吸收。
2. 二氧化钒:二氧化钒是一种相变材料,其电学性能在一定的温度下会发生显著变化。
在太赫兹波段,通过改变二氧化钒的相变温度,可以实现对太赫兹波的吸收和透射的调控。
三、基于石墨烯和二氧化钒的太赫兹可调谐超材料吸收器的设计与制备1. 设计原理:该超材料吸收器采用周期性排列的金属-介质-金属结构,通过在介质层中嵌入石墨烯和二氧化钒,实现太赫兹波的吸收和透射的调控。
2. 制备方法:首先,制备出具有周期性结构的金属层;然后,在金属层之间填充石墨烯和二氧化钒;最后,通过适当的工艺将各层结构固定在一起,形成超材料吸收器。
四、太赫兹可调谐超材料吸收器的工作原理该超材料吸收器的工作原理主要基于石墨烯和二氧化钒的电学性能调控。
在太赫兹波的照射下,石墨烯和二氧化钒的电导率发生变化,从而影响超材料吸收器的电磁响应。
通过改变石墨烯和二氧化钒的电学性能,可以实现对太赫兹波的吸收和透射的调控,从而实现超材料吸收器的可调谐性。
五、性能分析1. 吸收性能:该超材料吸收器在太赫兹波段具有较高的吸收率,且吸收峰的位置和强度可以通过改变石墨烯和二氧化钒的电学性能进行调控。
此外,该吸收器还具有较宽的吸收带宽和较低的损耗。
2. 可调谐性:通过改变石墨烯和二氧化钒的电学性能,可以实现太赫兹波的吸收和透射的连续调控。
基于石墨烯超材料的角度不敏感双频吸波器研究
基于石墨烯超材料的角度不敏感双频吸波器研究汪星辰1,王瑾1,高翔1,王菲1,宁仁霞12(1.黄山学院信息工程学院,安徽黄山,245041; 2.智能微系统安徽省工程技术研究中心,安徽黄山,245041)摘要:本文研究了一种基于石墨烯超表面结构,该结构由多个石墨烯条和圆环,介质层和金属层组成。
利用时域有限差分法研究了该超表面结构的电磁特性。
研究结果表明,该结构具有双波段电磁吸收特性。
本文从石墨烯的化学电位势、结构参数、电磁波入射角和电磁场分布等方面研究该双频吸波器的吸收机制。
研究发现在该结构中,改变石墨烯条的化学电位势可以影响吸收频点的吸收率大小;改变该结构的几何尺寸参数可以改变吸收频点的位置。
从研究结果中还发现:入射角从0。
到70°变化,双频吸收效果依然存在。
因此在大角度电磁吸收器设计中具有一定的指导意义和潜在的应用。
关键词:石墨烯超材料;角度不敏感;双频吸收;时域有限差分法Dual-Band Angle-lnsensitive Absorber Based on Graphene Metamaterial Wang Xingchen1,Wang Jin1,Gao Xiang1,Wang Fei1,Ning Renxia1,2(1.College of Information Engineering,Huangshan University,Huangshan Anhui,245041: 2.Anhuiengineering technology research center of intelligent Microsystems,Huangshan Anhui,245041) Abstract:In this paper,a graphene-based metasurface strueture was studied,which consists of several graphene bars and rings,dielectrie layer and metal layer.The electromagnetic properties of the super-surface strueture were studied by using finite-difference time-domain(FDTD)method.The resuIts show that the strueture has dual-band electromagnetic absorption characteristics.In this paper,the absorption mechanism of the dual-frequency microwave absorber was studied from the aspects of chemical potential,structural parameters,incident angle of electromagnetic wave and electromagnetic field distribution of graphene.It was found that the absorption rate of the absorption frequency point can be affec t ed by changing the chemical potential of the graphene st r ip,and the loca t ion of the absorption frequency point can be changed by changing the geometrical parameters of the strueture.The results also show that the dual-frequency absorption effect still exists when the incident angle changes from0to70degrees.Therefore,it has certain guiding significance and potential application in the design of large angle electromagnetic absorber.Keywords:graphene metama/terials;angle insensitivity;dual-frequency absorption;finite-difference time-domain method0引言在过去的几年间,超材料作为一种全新的人工合成的电磁材料,由亚波长尺寸的周期微纳结构单元组成,具备独立调节其自身等效介电常数和等效磁导率的能力。
石墨烯基电磁波吸收材料的研究
石墨烯基电磁波吸收材料的研究石墨烯是一种由碳原子构成的单层二维薄片,具有出色的物理性质和应用潜力。
在过去的几年里,石墨烯材料在电子学和光学领域引起了极大的关注。
近年来,科学家们开始研究石墨烯在电磁波吸收材料中的潜在应用。
电磁波吸收材料是一类能够有效吸收电磁波的材料,它们在电磁波领域中有广泛的应用。
目前,常用的电磁波吸收材料如铁氧体、金属等存在吸收范围窄、重量大等问题。
而石墨烯作为一种新型材料,具有超薄、具有良好的柔韧性、高度导电性和高机械强度等优点,可能成为改进电磁波吸收材料性能的理想选择。
石墨烯的独特电子结构决定了其在电磁波吸收上的特殊性能。
由于石墨烯是二维的,其电子能级呈现出带隙可调的特点。
这意味着通过控制电子能级的调制,石墨烯可以实现对电磁波吸收性能的精确调节。
研究表明,通过在石墨烯表面引入不同的杂质、微结构或纳米结构,可以改变石墨烯的电子能级和振荡频率,从而实现对电磁波吸收性能的调控。
在石墨烯基电磁波吸收材料的研究中,最常见的方法是利用石墨烯的电导率和损耗机制来实现吸收能力。
由于石墨烯具有很高的电导率和损耗机制,能够将电磁波能量转化为热能,从而实现高效的能量吸收。
此外,石墨烯还能够自行发射电磁波,形成与外界电磁波的干涉,进一步提升吸收能力。
除了电导率和损耗机制外,石墨烯的结构和形态也对其电磁波吸收性能产生重要影响。
石墨烯可以形成片状、纳米线状、纳米片状等不同形态的结构,每种结构对电磁波的吸收有着独特的效应。
例如,片状石墨烯具有较大的表面积,能够增强与电磁波的相互作用,实现更高的吸收效果。
而纳米线状和纳米片状石墨烯结构则具有更广阔的频率响应范围,能够吸收更丰富的电磁波频段。
需要注意的是,目前石墨烯基电磁波吸收材料在一些方面还面临一些挑战。
一方面,石墨烯作为一种新兴材料,其制备和加工技术还不够成熟,导致石墨烯的质量和纯度存在一定程度的不稳定性。
另一方面,石墨烯的制备成本较高,限制了其规模化应用的可能性。
《2024年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、引言随着科技的飞速发展,超材料吸收器在无线通信、雷达探测、生物医学等领域得到了广泛的应用。
而其中,基于石墨烯和二氧化钒的复合材料由于其优异的物理特性,正逐渐成为该领域的研究热点。
本篇论文旨在研究基于石墨烯和二氧化钒的太赫兹可调谐超材料吸收器的设计与性能。
二、石墨烯与二氧化钒的物理特性石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维材料,具有优异的导电性、热导率和机械强度。
而二氧化钒作为一种相变材料,在特定温度下会发生金属-半导体相变,其电导率也会随之发生显著变化。
这两种材料的独特性质使得它们在超材料吸收器的设计中具有巨大的潜力。
三、太赫兹可调谐超材料吸收器的设计本论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。
设计思路是通过将石墨烯和二氧化钒进行复合,利用其独特的电导率和相变特性,实现对太赫兹波的吸收和调谐。
具体设计如下:首先,制备出石墨烯和二氧化钒的复合薄膜,然后将其置于太赫兹波的传播路径上,形成一种超材料结构。
通过调整石墨烯的电导率和二氧化钒的相变温度,可以实现对太赫兹波的吸收和调谐。
四、实验结果与分析通过实验,我们发现在特定条件下,该太赫兹可调谐超材料吸收器可以实现对太赫兹波的高效吸收和调谐。
具体来说,当石墨烯的电导率和二氧化钒的相变温度达到一定值时,该吸收器可以在太赫兹频段内实现高效的吸收和调谐。
此外,我们还发现该吸收器的调谐范围可以通过改变石墨烯的电导率或二氧化钒的相变温度进行调节。
五、结论本论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,并对其进行了实验验证。
实验结果表明,该吸收器在太赫兹频段内可以实现高效吸收和调谐,且调谐范围可通过改变石墨烯的电导率或二氧化钒的相变温度进行调节。
因此,该吸收器在无线通信、雷达探测、生物医学等领域具有广泛的应用前景。
六、展望未来,我们将进一步研究基于石墨烯和二氧化钒的太赫兹可调谐超材料吸收器的性能优化方法,以提高其吸收效率和调谐范围。
基于石墨烯和二氧化钒的太赫兹宽带可调谐超材料吸收器
基于石墨烯和二氧化钒的太赫兹宽带可调谐超材料吸收器刘苏雅拉图;王宗利;庞慧中;田虎强;王鑫;王俊林【期刊名称】《光谱学与光谱分析》【年(卷),期】2022(42)4【摘要】太赫兹超材料吸收器作为一种重要的太赫兹功能器件,被广泛应用于生物医学传感、电磁隐身、军用雷达等多个领域。
但这种传统的超材料吸收器结构具有可调谐性差、功能单一、性能指标不足等缺点,已经无法满足复杂多变的电磁环境的要求,因此可调谐超材料吸收器逐渐成为了太赫兹功能器件领域的研究热点。
为实现超材料吸收器吸收特性的调谐,通常从调节谐振单元或基底材料的电磁特性或调节超材料结构单元的几何尺寸两个方面出发。
设计了一种基于石墨烯和二氧化钒的太赫兹宽带可调谐超材料吸收器。
该吸收器由工字型二氧化钒谐振层、连续石墨烯层和被Topas介质隔开的金属反射层组成。
数值模拟结果表明,当二氧化钒材料处于全金属状态(电导率为200 000 S·m^(-1))且石墨烯的费米能级设为0.1 eV时,吸收率超过90%的吸收带宽达到了2.8 THz。
通过调节石墨烯的费米能级,使其在0.1~0.3 eV之间变化时,该吸收器的工作频率发生了明显的蓝移。
由于二氧化钒材料从绝缘状态到金属状态的相变特性,通过控制电导率使其在100~200 000 S·m^(-1)之间变化时,所提出的宽频结构在反射器和吸收器两种工作状态之间自由切换。
此外,还分别监测了该超材料吸收器在1.87,3.04和4.16 THz三个完美吸收峰处的表面电流分布,讨论了其工作机理。
所设计的结构通过石墨烯和二氧化钒两个独立可调“开关”实现了对吸收器工作频率和吸收振幅的双重控制,为设计多功能太赫兹器件提供了新的发展思路。
【总页数】7页(P1257-1263)【关键词】太赫兹;可调谐;宽带吸收器;石墨烯;二氧化钒【作者】刘苏雅拉图;王宗利;庞慧中;田虎强;王鑫;王俊林【作者单位】内蒙古大学电子信息工程学院【正文语种】中文【中图分类】TN214【相关文献】1.基于石墨烯结合亚波长金属结构的太赫兹宽带动态吸收器2.基于二氧化钒的太赫兹可调谐吸收器3.基于石墨烯的可调谐高吸收率太赫兹超材料4.基于石墨烯的可调谐高吸收率太赫兹超材料5.基于石墨烯的太赫兹可调谐宽带超材料吸收器因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
Home Search Collections Journals About Contact us My IOPscienceWideband absorption in fibonacci quasi-periodic graphene-based hyperbolic metamaterialsThis content has been downloaded from IOPscience. Please scroll down to see the full text.2014 J. Opt. 16 125108(/2040-8986/16/12/125108)View the table of contents for this issue, or go to the journal homepage for moreDownload details:IP Address: 202.119.79.14This content was downloaded on 14/12/2014 at 11:28Please note that terms and conditions apply.Wideband absorption infibonacci quasi-periodic graphene-based hyperbolic metamaterialsRenxia Ning1,2,Shaobin Liu2,Haifeng Zhang2,Xiangkun Kong2,Borui Bian2and Jie Bao11College of Information Engineering,Huangshan University,Huangshan,245041,People’s Republic ofChina2Key Laboratory of Radar Imaging and Microwave Photonics(Nanjing Univ.Aeronaut.Astronaut.),Mini-stry of Education,College of Electronic and Information Engineering,Nanjing University ofAeronautics and Astronautics,Nanjing,210016,People’s Republic of ChinaE-mail:plrg@Received10August2014,revised14October2014Accepted for publication17October2014Published27November2014AbstractA heterostructure containing a Fibonacci quasi-periodic layer and a resonant metal back reflectoris proposed,which can realize wideband absorption.The Fibonacci layer is composed ofgraphene-based hyperbolic metamaterials and isotropic media to obtain wideband absorption.Toenhance absorption,an impedance-matching layer is put on top of the Fibonacci layer.It isshown to absorb roughly90%of all available electromagnetic waves in an11terahertzabsorption bandwidth for a transverse magnetic mode at normal angle incidence.The absorptionbandwidth is affected by the reflection band pared with some previous designs,ourproposed structure has a larger absorption bandwidth and higher absorption in the mid-infraredrange.The results should be valuable in the design of infrared stealth and broadbandoptoelectronic devices.Keywords:wideband absorption,fibonacci quasi-periodic,graphene-based hyperbolicmetamaterials(Somefigures may appear in colour only in the online journal)1.IntroductionGraphene has emerged as an outstanding material for optoe-lectronic applications due to its high electronic mobility and unique doping capabilities[1].However,because of its short interaction length,a monolayer of graphene absorbs onlyπα(2.3%)of the incident light,whereα=e2/(ħc)is the quantum electrodynamicsfine structure constant[2,3].The low absorptivity,which indicates important applications for gra-phene as a transparent conductivefilm,can be derived from the frequency-independent sheet conductivity under condi-tions of negligible impurity and substrate scattering[4].Many papers on the linear and nonlinear effects of graphene[5,6], have focused on its absorption properties[7–10].Recently, more and more interest has centered on enhancing the absorption of graphene in the terahertz(THz)and mid-infrared frequency ranges[11–13].Sukosin et al[13]found that a single sheet of doped graphene,patterned into a peri-odic array of nanodisks,exhibits perfect light absorption. Woo et al[14]demonstrated a graphene-based Salisbury screen absorber operating in the THz regime,and showed that excellent absorbance values of0.95and0.97at0.5and 1.5THz,respectively,can be attained.However,these results demonstrate that the absorption band is very narrow. Experiments on graphene as a saturable absorber in micro-wave and visible frequency ranges have been reported[15]. Microwave absorbance of graphene always decreases with increasing power,though it is independent of the incident frequency.A hyperbolic metamaterial(HMM)[16]is a kind of anisotropic medium with a hyperbolic dispersion relation,and is of interest for its potential applications innegative J.Opt.16(2014)125108(7pp)doi:10.1088/2040-8978/16/12/125108refraction,optical waveguides and imaging hyperlens.A novel implementation of HMMs in the far-infrared frequency range is composed of stacked graphene sheets separated by thin dielectric layers [17],which can be used as a super absorber in the near-field.An HMM can also be designed as an ef ficient and innovative absorber to enhance the decay rate of emitters near its surface [18].These characteristics can be applied to obtain a very broad range of relative wavenumber [12].However,to the author ’s knowledge,there has been very little research on wideband absorption of graphene-based hyperbolic metamaterials (GHMMs).In this paper,we theo-retically investigated the wideband absorption properties of a Fibonacci quasi-periodic GHMM in the mid-infrared range,but ignore the nonlinear effect of graphene.The paper is organized as follows.In section 2,we analyze the group and phase indices of GHMMs.A Fibonacci quasi-periodic structure composed of the GHMM and dielectric has been studied by the transfer matrix method (TMM).In section 3,we discuss absorption bandwidth.Finally,we conclude in section 4.2.Theoretical model and numerical method2.1.The electrical properties of grapheneFor a graphene sheet,the electromagnetic properties are described in terms of the surface conductivity σ.Inter-band and intra-band transitions can be described by Kubo model [19,20].The conductivity σis given by ⎜⎟⎛⎝⎜⎛⎝⎞⎠σπωτμπμωτμωτ=ℏ++++ℏ−ℏ++ℏ+μ−e k T i k Te e i i i ()2ln 1i 4ln 2()2(),(1)B B k T 222B where,ωis radian frequency,ħis the reduced Planck con-stant,κB is the Boltzman constant,e is the charge of the electron,T is the temperature,μdenotes the chemical potential,and τis electron –phonon relaxation time,respec-tively.We assume that the electronic band structure of a graphene sheet is unaffected by the neighboring sheets,so the effective permittivity εG of graphene can be written as [21]εσωε=+id 1,(2)G G 0where d G is the thickness of graphene sheet,and ε0is the permittivity in the vacuum.2.2.Effective permittivity of GHMMFor our multilayer design,we may use the effective medium theory to study electromagnetic wave propagation in the GHMM,which is an anisotropic medium with the followingapproximate uniaxial dielectric tensor components [22]:⎛⎝⎜⎜⎞⎠⎟⎟εεεε=,(3)xx yy zz where εxx =εyy =ε‖,εzz =ε⊥,ε‖and ε⊥are the parallel andvertical components of the relative permittivity,respectively.We also haveεεε=++∥d d d d ,(4)G G C CG C εεεεε=++⊥()d d d d ,(5)G C G C G C C Gwhere,εC and d C are dielectric permittivity and dielectricthickness,respectively.ε⊥≈εC ,ε‖=εC +i σ/ε0ωd C ,while d C ≫d G .For transverse magnetic (TM)wave propagation in our structure,the spatial dispersive curve can be derived as k z 2/εxx +k 02k x 2/εzz =,if εxx εzz <0,the dispersive curve is hyperbolic and εxx εzz >0,is elliptical [23,24].2.3.Absorption of fibonacci quasi-periodic GHMMA schematic view of an obliquely incident electromagnetic wave on a one-dimensional (1D)Fibonacci quasi-periodic structure composed of two-type dielectric and GHMM is plotted in figure 1.Cell structures based on the Fibonacci sequence in the periodic structure have been studied [25,26].In this paper,we assume that the first two layers of the Fibonacci sequence are S(1)={AB}and S(2)={Q},where A,B and Q,represent a loss dielectric,conventional material layer and GHMM,with thicknesses of d A ,d B ,d Q (d Q =dC +d G ),respectively,as marked in figure 1(a).Figure 1(b)depicts a GHMM unit cell consisting of dielectric C (cesium lead chloride:CsPbCl 3)and graphene.We then calculate absorption as a function of frequency and incident angle for TM wave in a half-in finite slab of material.The TMM has been given in previous papers [27–29].The absorption can be calculated from A =1-|r |2-|t |2,where r and t are re flection and transmission coef ficients,respectively.Figure 1.(a)Schematic diagram of 4th order 1D Fibonacci quasi-periodic GHMM composed of dielectric A,B and Q at incident angle (θ).(b)Front view of GHMM.3.Numerical results and discussionIn this section,we investigate the properties of the relative permittivity of GHMM and absorption of1D Fibonacci quasi-periodic GHMM in the mid-infrared regime,and subse-quently study the effect of the graphene,structure parameters and incident angle on the absorption bandwidth.We choose the structure parameters as follows:εA=2.8+0.09i[30,31],μA=1,d A=5.5μm,εB=1.21,μB=1,d B=1μm,εC=14.3 [32],μC=1,d G=0.335nm,[33]μG=1.3.1.The group index of refraction for GHMMThe relative permittivity of monolayer GHMM isfirst cal-culated and plotted infigures2–3.Infigure2,we show Re (ε‖)(the real part ofε‖)for monolayer GHMM withFigure2.Real part ofε‖versus frequency for different(a)μ,(b)T,(c)d C and(d)τ. Figure3.Imaginary part ofε‖versus frequency for different(a)μ,(b)T,(c)d C and(d)τ.different graphene and dielectric parameters.When the chemical potential or the electron-phonon relaxation time is increased,or the thickness of dielectric in the GHMM is decreased,then Re(ε‖)decreases.When Re(ε‖)is smaller than zero,a hyperbolic type is observed.Figure3shows Im (ε‖)(the imaginary part ofε‖)for different parameters.In contrast to Re(ε‖),Im(ε‖)is positive,which indicates that GHMM is a dissipative medium.The smaller chemical potential,the shorter electron–phonon relaxation time is; likewise,the larger d C is,the larger Im(ε‖)is.The results show thatε‖can be changed slightly when the temperature varies from250–350K,as shown infigures2(b)and3(b). Thus,the influence of temperature can be insignificant in general[19].3.2.The absorption band for fibonacci quasi-periodic GHMM We now discuss the absorption band of Fibonacci quasi-periodic GHMM.In order to realize wideband absorption,we design a periodic structure(ABQ)N,where N is the periodic number and the following parameters are chosen:d C=15nm,τ=20fs,μ=0.3eV,T=300K,N=12.The reflection,trans-mission and absorption are presented infigure4(a).The absorption is less than0.75due to the larger transmission. Depending on the relationship between the absorption, reflection and transmission,we should reduce the transmis-sion and reflection to attain a larger absorption.By employing an(ABQ)N Ag structure,we may obtain larger absorption with decreasing transmission.Silverfilm is used as a resonant metal back reflector[28,34],with its parameter selected according to Ref.[35–36].We can also choose other metals such as gold or aluminum,without affecting the results[35].The absorption,transmission and reflection of(ABQ)N Ag are plotted infigure4(b),where we can see that the transmission is zero because of the Ag reflector.The absorption of(ABQ)N Ag is larger than that of (ABQ)N,and approaches1at27THz and0.6at16THz. However,reflectionfluctuations due to an impedance mis-match,cause the absorptionfluctuations.We now consider improving the impedance matching to reduce the reflection.In a previous design,we showed that a Fibonacci quasi-periodic structure can enhance photonic band gaps[25],with energy localized within the band gap.After multiple resonances,energy is nearly completely absorbed; thus,wideband absorption can be attained.For the M(FS)s Ag structure illustrated infigure5(inset),M,FS(with a Fibo-nacci sequence order numbers of s=7)and Ag denote the impedance-matching layer,Fibonacci quasi-periodic GHMM and reflector,respectively.We choose the parameters of the dielectric M to beεM=1.4and d M=3μm.The calculated wideband absorption from15.5to26.5THz is shown in figure5.3.3.Effects of the GHMMNext,we examine how absorption is affected by the graphene parameters of a GHMM,with the results shown infigure6. As we can see,the absorption bandwidth is hardly affected by the parametersτ,μ,T and s,but the absorption value can be tuned by these parameters.Infigure6,whenτis20fs,the absorption is larger than whenτis200or2fs because Im(ε‖) is a maximum asτ=20fs,as revealed before infigure3(d).InFigure4.The reflection,transmission and absorption of(a)(ABQ)N and(b)(ABQ)N Ag withτ=20fs,μ=0.3eV,d C=15nm,T=300K.Figure5.The reflection and absorption of M(FS)s Ag atτ=20fs,μ=0.3eV,εC=14.3,d C=15nm,T=300K,(inset)M,FS(s=7)and Ag denote the impedance matching layer,Fibonacci quasi-periodic GHMM and sliver as resonant metal back reflector,respectively.figures 6(b)and (d),it is observed that the absorption can be increased by increasing μand s .In figure 6(c),we can see that the absorption is unaffected by different temperatures because ε‖only changes slightly with temperatures over the range 250–350K.To study the GHMM in fluence on absorption,we plot the relation between the absorption of M(FS)s Ag and thickness of dielectric C of GHMM in figure 7.As shown in figure 7(a),absorption is nearly 1when the value of εC is 15or so;however,when d C is 10nm,the absorption fluctuates in the low frequency range,and as d C increase,fluctuations appear in the high frequency regime.The above discussions are only valid for the M(FS)s Ag structure.In general,the absorption bandwidth depends on τ,μ,εC ,and s ,but is independent of T .3.4.Wideband absorptionThe incident angle of the electromagnetic wave also affects absorption.We find that the absorption bandwidth is 11THz (from 15.5to 26.5THz)at normal incidence.In figure 8(a),the absorption as a function of incident angle is plotted for frequencies of 17,19,21,23and 25THz,respectively.The results show that for M(FS)s Ag,the absorption is almost 1when the incident angle is between −75°and 75°for fre-quencies between 19and 25THz.Figure 8(b)shows the results as the incidence angle chan-ges from 0°to 89°.We see that for a TM mode,the absorption band gradually has a blue shift and a larger bandwidth with a smaller absorption.The wideband absorption region changes from 15.5to 26.5THz,and the frequency range is 11THz.Figure 6.The absorption of M (FS)s Ag for different (a)τ,(b)μ,(c)T and (d)s at normal incidence with TMmode.Figure 7.The absorption of M(FS)sAg for different (a)dielectric and (b)thickness with τ=20fs,μ=0.3eV,T =300.4.ConclusionIn summary,the wideband absorption of1D quasi-periodic structures composed of lossy dielectric,isotropic dielectric and GHMM,arranged according to a recursive Fibonacci sequence,has been investigated.The relative permittivity of GHMM and the absorption band of M(FS)s Ag,which can be tuned by the GHMM and incident angle.The results show that,when impedance matching and total reflection are employed,this new kind of ternary quasi-periodic structure has a wideband absorption,which is insensitive to the inci-dent angle of the electromagnetic wave.We conclude that wideband absorption can be attained by using a recursive Fibonacci sequence,and the absorption can be increased by pared with some previous conventional reso-nant absorbers[11,36],the structure that we propose has a larger bandwidth and absorption in the mid-infrared fre-quency range.Wideband absorption may have potential applications in infrared stealth and broadband photodetectors. It is noteworthy that the nonlinearity of GHMM is also very interesting,as we shall discuss in a future paper. AcknowledgementsThis work was supported by the Specialized Research Fund of China for the Doctoral Program of Higher Education(grant No.20123218110017),Jiangsu Province Science Foundation (Grant No.BK2011727),the Natural Science Foundation of China(Grant No.61307052),the Foundation of Aeronautical Science(No.20121852030),the Fundamental Research Funds for the Central Universities(2013302),Youth Funding for Science&Technology Innovation in NUAA (NS2014039),Open Research Program in Jiangsu Key Laboratory of Meteorological Observation and Information Processing(Grant No.KDXS1207),the Jiangsu Innovation Program for Graduate Education(CXZZ13_0166),Huang-shan University Program for Scientific Research (2010xkj006),the Anhui for Scientific Research (KJ2013B267).References[1]Fang Z et al2013ACS Nano72388–95[2]Furchi M et al2012Nano Lett.122773–7[3]Nair R R et al2008Science3201308[4]Bonaccorso F,Sun Z,Hasan T and Ferrari A C2010Nat.Photonics4611–22[5]Zhang H,Virally S,Bao Q,Kion Ping L,Massar S,Godbout N and Kockaert P2012Opt.Lett.371856–8 [6]Fang Z,Zhen Y,Fan L,Zhu X and Nordlaner P2012Phys.Rev.B85245401[7]Vincenti M A,de Ceglia D,Grande M,D’Orazio A andScalora M2013Opt.Lett.383550–3[8]Nikitin A Y et al2012Phys.Rev.B85081405[9]Alaee R,Farhat M,Rockstuhl C and Lederer F2012Opt.Exp.2028017–24[10]Andryieuski A and Lavrinenko A V2013Opt Exp.219144–55[11]Liu J T et al2013EPL(Europhys.Lett.)10457002[12]Nefedov I S,Valaginnopoulos C A and Melnikov L A2013J.Opt.15114003[13]Thongrattanasiri S,Koppens F H L and de Abajo F J G2012Phys.Rev.Lett.108047401[14]Min Woo J et al2014Appl.Phys.Lett.104081106[15]Zheng Z,Zhao C,Lu S,Chen Y,Li Y,Zhang H and Wen S2012Opt.Exp.2023201–14[16]Smith D R and Schurig D2003Phys.Rev.Lett.90077405[17]Othman M A K,Guclu C and Capolino F2013Opt.Exp.217614–32[18]Guclu C,Campione S and Capolino F2012Phys.Rev.B86205130[19]Falkovsky L A2008J.Phys.:Conf.Ser.129012004[20]Mikhailov S A and Ziegler K2007Phys.Rev.Lett.99016803[21]Vakil A and Engheta N2011Science3321291–4[22]DaSilva A M et al2013Phys.Rev.B88195411[23]Madani A,Zhong S,Tajalli H,Roshan Entezar S,Namdar A and Ma Y2013Prog.Electromagn.Res.143545–58[24]Xiang Y et al2014Sci.Rep.45483[25]Zhang H F,Zhen J P and He W P2013Optik—InternationalJournal for Light and Electron Optics1244182–7[26]Zhao P L and Chen X2011Appl.Phys.Lett.99182108[27]Ning R et al2014Eur.Phys.J.Appl.Phys.6820401[28]Sreekanth K V,De Luca A and Strangi G2013Appl.Phys.Lett.103023107[29]Zhang H F,Liu S B and Kong X K2013Phys.B:CondensedMatter410244–50[30]Tao H et al2008Phys.Rev.B78241103[31]Zhu W et al2014Appl.Phys.Lett.104051902Figure8.(a)Absorption versus incident angle for different frequencies from17to25THz.(b)Absorption versus incident angle and frequency.[32]Palik E D1985Handbook of Optical Constants of Solids(NewYork:Academic Press)pp350–7[33]Novoselov K S et al2004Science306666–9[34]Pu M et al2013Opt.Exp.2111618–27[35]Laman N and Grischkowsky D2008Appl.Phys.Lett.93051105[36]Zheng H,Vallée R,Almeida R M,Rivera T and Ravaine S2014Opt.Mater.Exp.41236–42。