완벽한 흡수는 전도성 물질에서 원자가 전자와 빛의 강한 상호 작용으로 인해 발생합니다. 광학 메타물질은 뛰어난 광자 캡처 기능을 활용하는 효과적인 접근 방식입니다. 따라서 완벽한 흡수체는 나노 규모의 공명 플라즈몬 및 메타물질 구조를 통해 달성될 수 있습니다.
MPA(메타물질 완전 흡수체)는 일반적으로 주기적인 서브파장 금속(예: 플라즈몬 초흡수체) 또는 유전체 공진 장치로 구성됩니다. 정적 수동 물리적 시스템과 비교하여 조정 가능한 메타물질은 전자기파를 동적으로 조작하여 광학 응답의 다차원 제어를 향상시킬 수 있습니다. 메타물질에서 조정 가능한 특성을 달성하기 위한 두 가지 일반적인 전략은 기계적 재구성과 메타물질의 격자 구조 변경입니다.
이러한 고전적 방법과 달리 기능성 재료와 메타물질 구조의 결합은 외부 자극을 통해 재료의 광학적 특성을 변경하는 방법을 제공하고 더 빠른 응답 속도를 갖습니다. 대표적인 조정 가능한 기능성 소재인 그래핀은 우수한 기계적, 전기적, 광학적 특성을 가지고 있습니다. 그래핀을 메타물질 구조에 통합하면 가벼운 물질 상호 작용을 크게 향상시킬 수 있습니다.
이러한 맥락에서 Weiping Wu 교수팀은 그래핀의 고유한 특성과 계층적으로 구조화된 플라즈몬 메타물질을 활용하는 새로운 조정 가능한 초광대역 테라헤르츠 흡수체를 시연했습니다. 팀의 연구 논문이 저널에 게재되었습니다. 고급 장치 및 계측.
메타물질 구조는 금층 위의 그래핀 층과 함께 교대로 T자 모양의 금 막대/사각형, 유전체 층으로 구성됩니다. MPA의 평균 흡수율은 90THz에서 20.8THz에 이르는 매우 넓은 주파수 범위에서 39.7%를 달성했습니다. 광대역 특성의 기원을 전기장 다이어그램을 통해 분석하고, 그래핀에 의한 흡수 창의 변조를 조사합니다. 또한, 결과에 대한 다양한 매개변수의 영향을 연구하고, 광전자공학 분야에서 이 구조의 잠재적인 적용에 대해 논의합니다.
마지막으로 THz-원적외선 대역에서 최근 보고된 일부 광대역 흡수체를 현재 연구 결과와 비교 분석합니다. 제안된 메타물질 광대역 흡수체는 평균 흡수가 더 높고 주파수 범위가 더 넓습니다. 제안된 구조는 단 하나의 패턴화된 금 층만 가지고 있으며 이는 제작 측면에서 다른 문헌에 비해 큰 장점을 가지고 있습니다.
결론적으로, 그래핀과 계층적으로 구조화된 플라즈몬 메타물질의 새로운 초광대역 조정 가능 테라헤르츠 흡수체가 제안되고 연구되었으며, 20.8THz에서 39.7THz까지 거의 완벽한 초광대역 흡수가 수치적으로 조사되었습니다. 제안된 흡수체는 각 단위 셀에 크기가 다른 두 개의 금 구조체를 교대로 배열하여 구현된다. 광대역 흡수체의 90% 흡수를 초과하는 대역폭은 약 18.9THz입니다.
그래핀의 페르미 에너지 준위를 조정하면 초광대역의 위치를 조정할 수 있다. 또한, 흡수체의 흡수 스펙트럼에 대한 기하학적 매개변수의 영향을 정량적으로 분석합니다. 이러한 결과는 본 연구에서 제안된 메타물질 흡수체가 조정 가능한 필터링, 검출기, 제어된 열 복사 및 기타 광소자 분야에서 추가 개선을 가져올 수 있음을 의미합니다.