[發(fā)明專利]一種石墨烯納米片對陣列

在審

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• 申請日: 2017-03-30
• 公開（公告）號: CN107037010A
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發(fā)明（設計）人: 韋中超;汪偉;雷振宇;李先平;張小蒙;鐘年發(fā)
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: G01N21/59
• 分類號: G01N21/59
• 代理公司: 廣州番禺容大專利代理事務所(普通合伙)44326
• 代理人: 劉新年

技術領域

本發(fā)明涉及空間等離子體診斷測試技術，具體涉及一種石墨烯納米片對陣列。

背景技術

石墨烯是一種排列在蜂窩狀晶格中的單層碳原子，由于其獨特的光學和電子特性，例如，極高的載流子遷移率、通過外部柵極或化學摻雜的可調性以及低損耗，而成為物理和工程領域的新研究熱點。由于其2D性質和亞波長光限制的能力，石墨烯已經成為用于制造納米級光學裝置的材料的最佳選擇。

由于這些優(yōu)點，各種光學裝置(例如分束器、調制器、超材料吸收器、生物傳感器、濾波器等)已經在理論上進行研究或用實驗進行驗證。。其中，基于石墨烯的濾波器是提出的動態(tài)可調裝置的研究熱點。與基于諸如光子晶體、貴金屬等傳統(tǒng)材料的濾波器相比，基于石墨烯的濾波器可以通過控制柵極電壓的值改變石墨烯的導電性來實現有效的動態(tài)可調性。

但現有技術中，基于石墨烯的光學裝置尚處于理論研究和實驗驗證階段，還有很大的發(fā)展空間。

發(fā)明內容

有鑒于此，為解決上述問題，本發(fā)明提供一種石墨烯納米片對陣列，良好的利用石墨烯的極高的載流子遷移率、通過外部柵極或化學摻雜的可調性以及低損耗的特點，能夠用作有源可調帶阻濾波器、高靈敏度折射率傳感器以及雙電路光開關，同時具有高靈敏度、調制深度高于90％的優(yōu)點。

為了實現上述目的，本發(fā)明的技術方案如下：

一種石墨烯納米片對陣列，包括上下兩層石墨烯納米片和石英基板，所述石英基板設置在上下兩層石墨烯納米片中間，所述上下兩層石墨烯納米片包括多個石墨烯納米片，均勻分布在石英基板頂部和底部，所述石英基板用于固定并隔開上下兩層石墨烯納米片；

進一步地，所述石英基板的寬度為1um，折射率為1.5；

進一步地，沿x和y軸方向的周期P_x＝P_y＝300nm；

進一步地，單個石墨烯納米片的寬度為50nm，長度為150nm；

進一步地，可以用做基于單層石墨烯和雙層石墨烯的動態(tài)可調等離子體帶阻濾波器，通過增大化學勢能得到仿真透射光譜，不構建新的結構，來大幅動態(tài)調諧共振波長；

進一步地，可以用做基于具有單層石墨烯納米片對陣列的模型的光學傳感器，得到在不同背景折射率下的透射光譜，半波寬度幾乎不隨背景折射率的變化而變化；隨著背景折射率的增加，共振波長具有接近線性的增加；

進一步地，可以用做基于具有單層石墨納米片對陣列的結構的雙通道光開關，通過調整μ_c1和μ_c2的值，可以控制共振波長的透射；并可以通過公式計算得出在共振波長處的調制深度為0.9551和0.9399；

由此可見，本發(fā)明實現了基于石墨烯納米片對陣列結構的多功能光學裝置，可以用作具有共振波長傾斜低于0.2％的透射率的有源等離子體帶阻濾波器、靈敏度高達4879nm/RIU的高靈敏度折射率傳感器、以及共振波長傾斜的調制深度為0.9551和0.9399的雙通道光開關。這些研究可能在多功能和動態(tài)可調光電子裝置的制造中具有巨大的潛力。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1(a)為本發(fā)明的石墨烯納米片對陣列的示意圖；

圖1(b)為石墨烯納米片對陣列的單元結構圖；

圖2(a)為單層石墨烯將μc1從0.41ev調整至0.5ev并保持μc2＝0.1ev的透射光譜；

圖2(b)為單層石墨烯μc1＝0.55ev并使用單個石墨烯將μc2從 0.40ev調諧至0.44ev的透射光譜；

圖2(c)為單層石墨烯μc2＝0.55ev并將μc1從0.40ev調諧至 0.44ev的透射光譜；

圖2(d)為單層石墨烯μc2＝0.1ev并用雙層石墨烯將μc1從0.41ev 調諧至0.47ev的透射光譜；

圖3(a)為在μc1＝0.1ev和μc2＝0.5ev下，不同背景折射率在從 1到1.1的范圍內的模擬透射光譜；

圖3(b)為具有不同折射率的共振波長；

圖4(a)為具有單層石墨烯結構μc1＝0.4ev和μc2＝0.5ev的關- 關狀態(tài)的透射光譜；

圖4(b)為具有單層石墨烯結構μc1＝0.4ev和μc2＝0.1ev的開- 關狀態(tài)的透射光譜；