可切换宽频双带石墨烯太赫兹超材料吸收器

"A broad dual-band switchable graphene-based terahertz metamaterial absorber" 这篇研究论文主要探讨了一种基于石墨烯的宽带双频可切换太赫兹超材料吸收器的设计与工作原理。作者包括Limei Qi、Chang Liu和Syed Mohsin Ali Shah，来自北京邮电大学电子工程学院。文章的接收和修订过程发生在2019年，并于同年7月9日在线发布。 太赫兹（Terahertz，THz）频率范围在电磁谱中的位置介于微波和红外之间，具有广泛的应用前景，如安全扫描、通信、生物医学成像等。然而，开发能在这一频段高效工作的吸收器是一个挑战，尤其是需要能够实现宽频带、双频响应以及对偏振和入射角不敏感的设备。 该研究提出了一种创新的解决方案，即利用非结构化的石墨烯负载简单介电谐振器来设计这种可切换的吸收器。这种设计能够同时实现宽带和双频吸收，并且保持对极化和入射角的独立性。在0.473到1.407 THz和2.273到3.112 THz两个频率范围内，吸收带的相对宽度分别达到了97.8%和31%，表现出非常高的吸收效率。 通过调整石墨烯的化学势，可以控制吸收器的状态，使其在两个宽频带上从高吸收（>80%）切换到高反射（>91%）。这种功能的实现基于阻抗匹配理论和耦合模理论的物理机制。阻抗匹配理论解释了如何使入射能量有效地被吸收，而耦合模理论则揭示了谐振器间的相互作用如何产生宽频带响应。 通过这种方式，石墨烯的电导率可以通过化学势的变化进行调控，从而改变其电磁性质，实现吸收和反射状态的转换。这种石墨烯基的超材料吸收器不仅提供了灵活的频率选择性，而且因其开关特性，有可能在未来的太赫兹技术中实现动态调制和开关应用。 这项研究为太赫兹领域的器件设计提供了新的思路，有望推动太赫兹通信、传感器和成像系统的技术进步。此外，由于石墨烯的可调性和多功能性，这种设计可能在其他频率范围和应用场景中也有潜在的应用价值。