[發(fā)明專(zhuān)利]基于金屬螺旋微結(jié)構(gòu)的石墨烯太赫茲多頻吸波器

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811565173.2
• 申請(qǐng)日: 2018-12-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109509986A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葉龍芳;曾芳;韓峰;劉顏回;江晗;柳清伙
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 廈門(mén)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01Q17/00
• 分類(lèi)號(hào): H01Q17/00;G02B5/00
• 代理公司: 廈門(mén)南強(qiáng)之路專(zhuān)利事務(wù)所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應(yīng)森

基于金屬螺旋微結(jié)構(gòu)的石墨烯太赫茲多頻吸波器，涉及太赫茲吸波。為四層結(jié)構(gòu)器件，在xoy平面內(nèi)具有周期性，單元結(jié)構(gòu)在x和y方向上的周期長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)_x和L_y，四層結(jié)構(gòu)器件從上至下依次為金屬螺旋微結(jié)構(gòu)層、石墨烯層、介質(zhì)層和金屬襯底層；金屬螺旋微結(jié)構(gòu)層由具有阿基米德螺旋形狀結(jié)構(gòu)的金、銀金屬材料組成；石墨烯層由單層石墨烯層組成；介質(zhì)層由低介電常數(shù)材料組成；金屬層的材料為金或銀等良導(dǎo)體材料，金屬層的厚度大于入射波的趨膚深度；金屬螺旋微結(jié)構(gòu)層放置在石墨烯層上，金屬螺旋微結(jié)構(gòu)能夠有效增強(qiáng)石墨烯的表面等離激元多諧振效應(yīng)，對(duì)于入射角低于25°多頻段太赫茲波具有大于90％的高吸收率，且具有角度不依賴的特性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太赫茲吸波，尤其是涉及基于金屬螺旋微結(jié)構(gòu)的石墨烯太赫茲多頻吸波器。

背景技術(shù)

太赫茲波一般是指頻率在0.1～10THz的電磁波，對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)范圍為3～0.03mm，在寬帶通信、頻譜分析、探測(cè)傳感、生物醫(yī)學(xué)、安檢成像等眾多領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景。2008年，Landy等人提出微波段超材料完美吸波器的概念(Phys.Rev.Lett.,vol.100,pp.207402,2008)，利用電諧振器、短金屬線及介質(zhì)層構(gòu)成完美吸收體，實(shí)現(xiàn)對(duì)微波的完美吸收，目前由于吸波器的廣泛應(yīng)用，研究領(lǐng)域從微波頻段不斷擴(kuò)展到太赫茲頻段、紅外波段以及可見(jiàn)光波段等。亞波長(zhǎng)金屬微結(jié)構(gòu)陣列層-介質(zhì)層-金屬層三明治狀結(jié)構(gòu)是超材料吸波器的一類(lèi)典型結(jié)構(gòu)，通過(guò)歐姆損耗以及介質(zhì)損耗，抑制入射波的透射和反射通道，實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波的理想吸收。然而這類(lèi)吸波器由于采用常規(guī)的金屬和介質(zhì)材料，在通常情況下，只能通過(guò)改變結(jié)構(gòu)、尺寸、排列方式等實(shí)現(xiàn)對(duì)這類(lèi)超材料吸波器吸波頻率的調(diào)節(jié)，使得對(duì)電磁波的吸收效率和可調(diào)性受到了較大的限制。石墨烯是一種單層二維材料，具有獨(dú)特的機(jī)械、化學(xué)和電可調(diào)特性，是各種可調(diào)器件的理想選擇。石墨烯具有支持太赫茲表面等離子體激元和紅外范圍的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于可調(diào)太赫茲和紅外等離子體器件如波導(dǎo)、調(diào)制器、吸收器等。然而，單層石墨烯的吸收率僅僅只有2.3％，較大地限制了石墨烯吸波器的應(yīng)用。為了增強(qiáng)基于石墨烯器件對(duì)入射電磁波的吸收率，目前，人們已經(jīng)提出了多種結(jié)構(gòu)形式的石墨烯吸波器，例如，圖案化石墨烯吸波器、多層石墨烯堆棧吸波器、光柵結(jié)構(gòu)吸波器等等。然而目前常見(jiàn)的石墨烯吸波器主要涉及增強(qiáng)單頻帶或雙頻帶電磁波的吸收，而涉及對(duì)多頻段太赫茲波實(shí)現(xiàn)高吸收的吸波器較少，且這類(lèi)器件依然存在器件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、吸收頻點(diǎn)較少、吸波頻率調(diào)節(jié)范圍小等問(wèn)題。鑒于多頻帶太赫茲吸波器在探測(cè)器、熱測(cè)試儀器、傳感器、頻譜成像等領(lǐng)域等具有重要的應(yīng)用前景，因此深入開(kāi)展高吸收，多頻帶的新型石墨烯吸波器研究工作具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中石墨烯吸波器的吸收頻帶少、頻率范圍較小、吸收高率低等問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供能夠?qū)θl段入射太赫茲波實(shí)現(xiàn)多頻帶、高吸收的基于金屬螺旋微結(jié)構(gòu)的石墨烯太赫茲多頻吸波器。

本發(fā)明為四層結(jié)構(gòu)器件，在xoy平面內(nèi)具有周期性，單元結(jié)構(gòu)在x和y方向上的周期長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)_x和L_y，所述四層結(jié)構(gòu)器件從上至下依次為：金屬螺旋微結(jié)構(gòu)層、石墨烯層、介質(zhì)層和金屬襯底層；所述金屬螺旋微結(jié)構(gòu)層由具有阿基米德螺旋形狀結(jié)構(gòu)的金、銀等金屬材料組成，厚度記為h₁；所述石墨烯層由厚度記為h₂的單層石墨烯層組成；所述介質(zhì)層由厚度記為h₃的低介電常數(shù)材料組成，低介電常數(shù)材料選自SiO₂、Topas、ZrO₂等；所述金屬層的材料為金或銀等良導(dǎo)體材料，金屬層的厚度記為h₄且大于入射波的趨膚深度；所述金屬螺旋微結(jié)構(gòu)層放置在石墨烯層上，金屬螺旋微結(jié)構(gòu)能夠有效增強(qiáng)石墨烯的表面等離激元多諧振效應(yīng)，對(duì)于入射角低于25°多頻段太赫茲波具有大于90％的高吸收率，且具有角度不依賴的特性。