CN111864405B - 一种双裂环结构石墨烯的吸收器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双裂环结构石墨烯的吸收器，包括由下向上依次层叠的截面为正方形的硅层、金层和二氧化硅层；所述二氧化硅层的表面设有材质为石墨烯的方形裂环，方形裂环的中部设有两个对称的第一裂口；所述二氧化硅层的表面中部设有材质为石墨烯的圆形裂环，圆形裂环上设有两个对称的第二裂口；所述第一裂口与第二裂口相互垂直。本发明对太赫兹波具有非常优越的吸收性能，具有吸收频带宽的特点。

Description

一种双裂环结构石墨烯的吸收器
技术领域
本发明涉及微波吸收器技术领域，具体为一种双裂环结构石墨烯的吸收器。
背景技术
太赫兹(THz)波是位于微波和远红外线之间的电磁波，是宽带光的一种。近年来，随着超快激光技术的发展，使得太赫兹脉冲的产生有了稳定、可靠的激发光源，从此使得人们能够研究太赫兹。太赫兹波在社会高速发展的今天其优势极为显著，因此吸引了广泛的研究关注。超材料电磁吸波器，是一类能够有效吸收电磁波，并使其为后续过程所利用的元件，通过设计超材料电磁吸波器表面阵列单元结构，可达到对电磁波的精确操控。超材料电磁吸波器精密的微米级结构，使吸收器的尺寸更小，更易于集成，性能更加优越，这让它比传统吸收设备拥有更强的竞争力，其巨大的应用潜力使其受到全世界研究人员的关注。但超材料电磁吸波器通常都面临着有限的带宽或者复杂的设计和制造过程等缺陷，而且吸收频带带宽不足，吸收性能差，不利于实际的应用。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种双裂环结构石墨烯的吸收器。本发明对太赫兹波具有非常优越的吸收性能，具有吸收频带宽的特点。
本发明的技术方案：一种双裂环结构石墨烯的吸收器，包括由下向上依次层叠的截面为正方形的硅层、金层和二氧化硅层；所述二氧化硅层的表面设有方形裂环，方形裂环的中部设有两个对称的第一裂口；所述二氧化硅层的表面中部设有圆形裂环，圆形裂环上设有两个对称的第二裂口；所述第一裂口与第二裂口相互垂直；所述二氧化硅层的厚度为4200nm，长度为2450nm；所述金层的厚度为450nm，长度为2450nm；所述硅层的厚度为2000nm，长度为2450nm；所述方形裂环的外边长为1800nm，厚度为1nm，所述第一裂口的宽度为100nm；所述圆形裂环的外半径为600nm，内半径为600nm，厚度为1nm；所述第二裂口的宽度为100nm；所述金层的边沿中部分别设有波浪形的拓扑边界。
上述的双裂环结构石墨烯的吸收器，所述金层的四角处分别设有透射孔点阵，每个角处的透射孔点阵呈正三角矩阵状；四个所述的透射孔点阵之间构成阵列栅。
与现有技术相比，本发明的吸波器包括由下向上依次层叠的截面为正方形的硅层、金层和二氧化硅层，二氧化硅层上设置的方形裂环和圆形裂环的材质为石墨烯，其中第三层的金层的厚度要远大于电磁波的趋肤深度，以此来将透射的部分有效的消除，金层上的的二氧化硅层主要是诱导载流子的浓度，使该吸收器进入太赫兹波段，上二氧化硅层的方形裂环和圆形裂环与金层形成共振，将电场的能量转化成内能，实现吸收的效果，以此本发明对太赫兹波具有非常优越的吸收性能。本发明可以对10.96THz和12.71THz太赫兹达到99％的吸收，实现了完美吸收的效果，而且本发明可以改变石墨烯的介电常数，从而让间接影响石墨烯的吸收峰，实现对太赫兹范围内的吸收器可调。此外，金层的边沿中部分别设有波浪形的拓扑边界；金层的四角处分别设有透射孔点阵，每个角处的透射孔点阵呈正三角矩阵状；四个所述的透射孔点阵之间构成阵列栅。通过上述结用使得基于太赫兹波的同相和反相的两个偏振态相互叠加得到自旋态，能诱使金层的结构中可以产生拓扑相变，从而得到具有更优的鲁棒性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的俯视结构示意图；
图3是吸收率和频率之间的关系图；
图4是方形裂环的外边长变化后的太赫兹吸收率变化图；
图5是方形裂环的内边长变化后的太赫兹吸收率变化图；
图6是圆形裂环的外半径变化后的太赫兹吸收率变化图；
图7是圆形裂环的内半径变化后的太赫兹吸收率变化图；
图8是实施例2中的金层的结构示意图。
附图标记
1、硅层；2、金层；3、二氧化硅层；4、方形裂环；5、第一裂口；6、圆形裂环；7、第二裂口；8、拓扑边界；9、透射孔点阵。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例1：一种双裂环结构石墨烯的吸收器，如图1-2所示，包括由下向上依次层叠的截面为正方形的硅层1、金层2和二氧化硅层3；所述的金层为电镀金层；所述二氧化硅层3的表面设有材质为石墨烯的方形裂环4，方形裂环4的中部设有两个对称的第一裂口5；所述二氧化硅层3的表面中部设有材质为石墨烯的圆形裂环6，圆形裂环6上设有两个对称的第二裂口7；所述第一裂口5与第二裂口7相互垂直。所述二氧化硅层3的厚度为4200nm，长度为2450nm，所述金层2的厚度为450nm，长度2450nm，所述硅层3的厚度为2000nm，长度为2450nm，所述方形裂环4的外边长为1800nm，内边长为1600nm，厚度为1nm，所述第一裂口的宽度为100nm；所述圆形裂环6的外半径为600nm，厚度为1nm；所述第二裂口7的宽度为100nm；
申请人对二氧化硅层上设置方形裂环和圆形裂环的工艺进行了优选，具体是，对石墨烯进行氟化处理，用臭氧气体在密封环境下催化氧化，通过原子层沉积技术在表面形成隔绝介质，将处理后的石墨烯裁切至指定的形状，得到方形裂环和圆形裂环。将方形裂环和圆形裂环放置到二氧化硅层表面，方形裂环和圆形裂环的隔绝介质与二氧化硅层表面相贴合，在80％氮气和20％氧气的环境下加热并退火处理，使得方形裂环和圆形裂环与二氧化硅层相结合。本发明通过上述工艺可以使得方形裂环和圆形裂环与二氧化硅层之间结合更为的紧密与稳定，减少了方形裂环和圆形裂环的翘曲，不仅大大降低了方形裂环和圆形裂环与二氧化硅层之间贴片应力，还能保证太赫兹吸收器这类敏感器件的谐振性能。
申请人运用CST进行仿真后得到如图3所示的吸收率和频率之间的关系，从图3中可以看出，本发明在入射波频率为10.96THz和12.71THz时形成了吸收峰，在这些吸收峰附近该单元结构对入射电磁波能达到99％以上的吸收效率，接近100％，达到了多带完美吸收的效果，由此可以证明本发明对太赫兹波具有非常优越的吸收性能，具有吸收频带宽的特点。
由于石墨烯的介电常数主要是由弛豫时间以及费米能级来决定的，通常可以通过外加的合适的门电压的方式，改变石墨烯的介电常数，从而间接影响石墨烯吸收峰，实现在太赫兹范围内的吸收器的可调。
石墨烯的费米能级与弛豫时间的关系可以用
Figure GDA0003323851780000051
进行表示。随着弛豫时间的增加，等离子体的振荡就会较少，吸收器的共振吸收就会减少，表现在图像上随着弛豫时间的增加，原来的石墨烯吸收器的两个完美吸收峰就会有所下降。此时太赫兹波段的电磁波主要被反射，就不再能够达到一个完美吸收。当吸收器达到阻抗匹配的条件时，此时吸收器的吸收率达到顶峰，因此通过调节吸收器的结构参数能够很好地改变吸收器的阻抗匹配条件。为此，通过分别改变方形裂环的外边长和内边长，圆形裂环的外半径和内半径，得到如图4-7所示的参数化带来的吸收峰变化。从图4-7上可以看出，在方形裂环4的外边长为1800nm，内边长为1600nm，圆形裂环的外半径为600nm，内半径为600nm时可以达到最优的效果，由此也可以证明，本发明优选的参数数值可以带来好的吸收效果。
实施例2：在实施例1的基础上，所述金层2的边沿中部分别设有波浪形的拓扑边界8；所述金层2的四角处分别设有透射孔点阵9，每个角处的透射孔点阵9呈正三角矩阵状；四个所述的透射孔点阵9之间构成阵列栅。通过上述结用使得基于太赫兹波的同相和反相的两个偏振态相互叠加得到自旋态.能诱使金层的结构中可以产生拓扑相变，从而得到具有更优的鲁棒性。申请人将实施例2中的吸波器和实施例1中的吸波器进行进了比对,用于测试太赫兹的吸收率,经过测试,相比实施例1中的吸收效果,实施例2中的吸收率可以再进一步的提高。
综上所述，本发明的吸波器包括由下向上依次层叠的截面为正方形的硅层、金层和二氧化硅层，二氧化硅层上设置的方形裂环和圆形裂环的材质为石墨烯，其中第三层的金层的厚度要远大于电磁波的趋肤深度，以此来将透射的部分有效的消除，金层上的的二氧化硅层主要是诱导载流子的浓度，使该吸收器进入太赫兹波段，上二氧化硅层的方形裂环和圆形裂环与金层形成共振，将电场的能量转化成内能，实现吸收的效果，以此本发明对太赫兹波具有非常优越的吸收性能。

Claims (1)

1.一种双裂环结构石墨烯的吸收器，其特征在于：包括由下向上依次层叠的截面为正方形的硅层(1)、金层(2)和二氧化硅层(3)；所述二氧化硅层(3)的表面设有材质为石墨烯的方形裂环(4)，方形裂环(4)的中部设有两个对称的第一裂口(5)；所述二氧化硅层(3)的表面中部设有材质为石墨烯的圆形裂环(6)，圆形裂环(6)上设有两个对称的第二裂口(7)；所述第一裂口(5)与第二裂口(7)相互垂直；所述二氧化硅层(3)的厚度为4200nm，长度为2450nm；所述金层(2)的厚度为450nm，长度为2450nm；所述硅层(1)的厚度为2000nm，长度为2450nm；所述方形裂环(4)的外边长为1800nm，内边长为1600nm，厚度为1nm，所述第一裂口的宽度为100nm；所述圆形裂环(6)的外半径为600nm，厚度为1nm；所述第二裂口(7)的宽度为100nm；所述金层(2)的边沿中部分别设有波浪形的拓扑边界(8)；所述金层(2)的四角处分别设有透射孔点阵(9)，每个角处的透射孔点阵(9)呈正三角矩阵状；四个所述的透射孔点阵(9)之间构成阵列栅。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113193382B (zh) * 2021-05-20 2022-11-25 山东大学 一种吸波器及电子设备

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111525272A (zh) * 2020-04-06 2020-08-11 桂林电子科技大学 基于三“飞镖”形石墨烯的宽带太赫兹吸波器
CN111585040A (zh) * 2020-04-21 2020-08-25 桂林电子科技大学 一种基于石墨烯和狄拉克半金属的全介质吸波器

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014182398A1 (en) * 2013-05-07 2014-11-13 Board Of Regents, The University Of Texas System Circuit-loaded conformal metasurface cloak
US9853485B2 (en) * 2015-10-28 2017-12-26 Energous Corporation Antenna for wireless charging systems
JPWO2017111122A1 (ja) * 2015-12-25 2018-10-11 日本ゼオン株式会社 電磁波吸収材料及び電磁波吸収体、並びにこれらの製造方法
CN206558698U (zh) * 2016-06-28 2017-10-13 中国计量大学 基于石墨烯表面等离子体的宽带太赫兹吸波器
CN108390156A (zh) * 2018-01-11 2018-08-10 北京邮电大学 基于超材料的太赫兹可调极化波不敏感电磁诱导透明器件
CN109088171B (zh) * 2018-08-06 2020-12-01 南京邮电大学 一种基于腔体谐振和集总元件的带宽展宽的吸波器
CN110120591A (zh) * 2019-03-13 2019-08-13 桂林电子科技大学 一种基于石墨烯超表面微结构高效率可调吸波器

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111525272A (zh) * 2020-04-06 2020-08-11 桂林电子科技大学 基于三“飞镖”形石墨烯的宽带太赫兹吸波器
CN111585040A (zh) * 2020-04-21 2020-08-25 桂林电子科技大学 一种基于石墨烯和狄拉克半金属的全介质吸波器

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