Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Một bộ hấp thụ hoàn hảo tất cả dielectrics có khả năng điều chỉnh dựa trên bề mặt metasurface graphene-dielectric lai trong vùng hồng ngoại giữa
Tóm tắt
Do các bộ hấp thụ quang kim loại sẽ gây ra một số nhược điểm như điểm nóng chảy thấp, độ kháng thấp và độ dẫn nhiệt kém, những yếu tố này hạn chế ứng dụng của chúng trong các lĩnh vực quang điện nhiệt, bộ điều chế, bộ phát hiện quang và các lĩnh vực khác. Trong bài báo này, chúng tôi đề xuất một bộ hấp thụ hoàn hảo tất cả dielectrics có khả năng điều chỉnh dựa trên bề mặt metasurface graphene-dielectric lai trong vùng hồng ngoại giữa. Theo kết quả của phương pháp miền thời gian sai phân hữu hạn, một đỉnh hấp thụ hoàn hảo đạt được ở bước sóng 9059 nm nhờ vào sự kích thích các chế độ dipole từ và điện trong cấu trúc, đáp ứng điều kiện cho sự kết hợp quan trọng phân rã, điều này có thể được giải thích bằng lý thuyết chế độ kết hợp, và khả năng hấp thụ của cấu trúc có thể được điều chỉnh một cách linh hoạt bằng cách thay đổi năng lượng Fermi của phim graphene. Hơn nữa, hiệu suất hấp thụ của cấu trúc hoàn toàn dielectrics này thể hiện sự không nhạy cảm với phân cực và giữ hiệu suất tốt dưới các góc tới rộng. Do đó, chúng tôi tin rằng bộ hấp thụ chúng tôi đề xuất có tiềm năng ứng dụng lớn trong các lĩnh vực quang điện và phát hiện nhiệt.
Từ khóa
#hấp thụ hoàn hảo #graphene #dielectrics #metasurface #vùng hồng ngoại #điều chỉnh #quang điện #phát hiện nhiệtTài liệu tham khảo
Argyropoulos, C.: Enhanced transmission modulation based on dielectric metasurfaces loaded with graphene. Opt. Express 23(18), 23787–23797 (2015)
Askari, M.: A near infrared plasmonic perfect absorber as a sensor for hemoglobin concentration detection. Opt Quant Electron 53, 67 (2021)
Askari, M., Hosseini, M.V.: Infrared metamaterial refractive-index-based sensor. J. Opt. Soc. Am. B 37, 2712–2718 (2020)
Bao, Q., Loh, K.P.: Graphene photonics, plasmonics, and broadband optoelectronic devices. ACS Nano 6(5), 3677–3694 (2012)
Barzegar-Parizi, S., Ebrahimi, A., Ghorbani, K.: High-Q dual-band graphene absorbers by selective excitation of graphene plasmon polaritons: Circuit model analysis. Opt. Laser Technol. 132, 106483 (2020)
Barzegar-Parizi, S., Ebrahimi, A., Ghorbani, K.: Dual-broadband and single ultrawideband absorbers from the terahertz to infrared regime. J. Opt. Soc. Am B 38(9), 2628–2637 (2021)
Cai, Y., Zhang, J., Zhou, Y., Chen, C., Lin, F., Wang, L.: Refractive index sensor with alternative high performance using black phosphorus in the all-dielectric configuration. Opt. Express 29(15), 23810–23821 (2021a)
Cai Y J, Zhang J, Zhou Y G, C. Y. Chen, F. Lin, and L. Wang. Refractive index sensor with alternative high performance using black phosphorus in the all-dielectric configuration. Optics Express, 29, 23810–23821 (2021b).
Chen, X., Fan, W.: Study of the interaction between graphene and planar terahertz metamaterial with toroidal dipolar resonance. Opt. Lett. 42(10), 2034–2037 (2017)
Chen, H.T., Taylor, A.J., Yu, N.F.: A review of metasurfaces: physics and applications. Rep. Prog. Phys. 79, 076401 (2016)
Chen, C.X., Huang, Y.W., Wu, K., Bifano, T.G., Anderson, S.W., Zhao, X.G., Zhang, X.: Polarization insensitive, metamaterial absorber-enhanced long-wave infrared detector. Opt. Express 28(20), 28843–28857 (2020)
Cheng, C., Huang, B., Mao, X., Zhang, Z., Zhang, Z., Geng, Z., Xue, P., Chen, H.: Frequency conversion with nonlinear graphene photodetectors. Nanoscale 9(12), 4082–4089 (2017)
Fan, K., Suen, J.Y., Liu, X., Padilla, W.J.: All-dielectric metasurface absorbers for uncooled terahertz imaging. Optica 4(6), 601–604 (2017)
Gao, W., Shu, J., Qiu, C., Xu, Q.: Excitation of plasmonic waves in graphene by guided-mode resonances. ACS Nano 6(9), 7806–7813 (2012)
Ju, L., Geng, B., Horng, J., Girit, C., Martin, M., Hao, Z., Bechtel, H.A., Liang, X., Zettl, A., Shen, Y.R., Wang, F.: Graphene plasmonics for tunable terahertz metamaterials. Nat. Nanotechnol. 6, 630–634 (2011a)
Ju, L., Geng, B., Horng, J., Girit, C., Martin, M., Hao, Z., Bechtel, H.A., Liang, X., Zettl, A., Shen, Y.R., Wang, F.: Drude conductivity of Dirac fermions in graphene. Nat. Nanotechnol. 6, 630 (2011b)
Li, W., Guler, U., Kinsey, N., Naik, G.V., Boltasseva, A., Guan, J.G., Shalaev, V.M., Kildishev, A.V.: Refractory plasmonics with titanium nitride: broadband metamaterial absorber. Adv. Mater. 26(47), 7959–7965 (2014)
Liu, X., Padilla, W.J.: Reconfigurable room temperature metamaterial infrared emitter. Optica 4(4), 430–433 (2017)
Liu, G.D., Zhai, X., Xia, S.X., Lin, Q., Zhao, C.J., Wang, L.L.: Toroidal resonance based optical modulator employing hybrid graphene-dielectric metasurface. Opt. Express 25(21), 26045–26054 (2017a)
Liu, X.Y., Fan, K.B., Shadrivov, I.V., Padilla, W.J.: Experimental realization of a terahertz all-dielectric metasurface absorber. Opt. Express 25(1), 191–201 (2017b)
Luo, X., Zhai, X., Wang, L., Lin, Q.: Narrow-band plasmonic filter based on graphene waveguide with asymmetrical structure. Plasmonics 10, 1427 (2015)
Luo, X., Liu, Z.M., Wang, L.L., Liu, J.P., Lin, Q.: Tunable ultra-narrowband and wide-angle graphene-based perfect absorber in the optical communication region. Appl. Phys. Express 11, 105102 (2018)
Luo, X., Cheng, Z.Q., Liu, Z.M., Xu, L., Zhai, X., Wan, W.Q., Zhou, Y.H.: Dual-band perfect absorber based on a graphene/hexagonal boron nitride van der Waals hybrid structure. J. Phys. D Appl. Phys. 54(27), 375303 (2021)
Luo, X., Zhou, Y.G., Cai, Y.J., Cheng, Z.Q., Liu, Z.M., Wan, W.Q.: A review of perfect absorbers based on the two dimensional materials in the visible and near-infrared regimes. J. Phys. D Appl. Phys. 55(9), 093002 (2022)
Mongia, R.K., Bhartia, P.: Dielectric resonator antennas-a review and general design relations for resonant frequency and bandwidth. Int. J. Microwave Mill. 4, 230–247 (1994)
Mousavi, S.H., Kholmanov, I., Alici, K.B., Purtseladze, D., Arju, N., Tatar, K., Fozdar, D.Y., Suk, J.W., Hao, Y., Khanikaev, A.B., Ruoff, R.S., Shvets, G.: Inductive tuning of fano-resonant metasurfaces using plasmonic response of graphene in the mid-infrared. Nano Lett. 13, 1111–1117 (2013)
E. D. Palik. Handbook of optical constants of solids. Academic Press, 1985.
Piper, J.R., Fan, S.H.: Total absorption in a graphene monolayer in the optical regime by critical coupling with a photonic crystal guided resonance. ACS Photonics 1(4), 347–353 (2014)
Piper, J.R., Liu, V., Fan, S.H.: Total absorption by degenerate critical coupling. Appl. Phys. Lett. 104, 251110 (2014)
Ruan, X.Y., Dai, W., Wang, W.Q., Ou, C.H., Xu, Q.Q., Zhou, Z.J., Wen, Z.J., Liu, C., Hao, J.M., Guan, Z.Q., Xu, H.X.: Ultrathin, broadband, omnidirectional, and polarization-independent infrared absorber using all-dielectric refractory materials. Nanophotonics 10(6), 1683–1690 (2021)
Shemelya, C., Demeo, D., Latham, N.P., Wu, X., Bingham, C., Padilla, W., Vandervelde, T.E.: Stable high temperature metamaterial emitters for thermophotovoltaic applications. Appl. Phys. Lett. 104, 201113 (2014)
Wang, R., Lu, J., Jiang, J.: Enhancing thermophotovoltaic performance using graphene-BN-InSb near-field heterostructures. Phys. Rev. Appl. 12, 044038 (2019)
Wang, X., Duan, J.Y., Chen, W.Y., Zhou, C.B., Liu, T.T., Xiao, S.Y.: Controlling light absorption of graphene at critical coupling through magnetic dipole quasi-bound states in the continuum resonance. Phys. Rev. B 102, 155432 (2020)
Watts, C.M., Liu, X., Padilla, W.J.: Metamaterial electromagnetic wave absorbers. Adv. Mater. 24(23), 98–120 (2012)
Xia, S.X., Zhai, X., Huang, Y., Liu, J.Q., Wang, L.L., Wen, S.C.: Multi-band perfect plasmonic absorptions using rectangular graphene gratings. Opt. Lett. 42(15), 3052–3055 (2017)
Xiao, S.Y., Wang, T., Jiang, X.Y., Yan, X.C., Cheng, L., Wang, B.Y., Xu, C.: Strong interaction between graphene layer and Fano resonance in terahertz metamaterials. J. Phys. D Appl. Phys. 50, 195101 (2017)
Xiao, S.Y., Wang, T., Liu, T.T., Zhou, C.B., Jiang, X.Y., Zhang, J.F.: Active metamaterials and metadevices: a review. J. Phys. D Appl. Phys. 53(50), 503002 (2020)
Ye, M., Gao, Y., Gadusch, J.J., Balendhran, S., Crozier, K.B.: Mid-wave infrared polarization-independent graphene photoconductor with integrated plasmonic nanoantennas operating at room temperature. Advanced Optical Materials 9, 2001854 (2021)
Yu, F.L., Zhang, Y.F., Wang, W.J., Men, W.W., Wang, Z.Q., Xuan, L., Chen, X.S., Lu, W.: Selectively thermal radiation control in long-wavelength infrared with broadband all-dielectric absorber. Opt. Express 27, 35088–35095 (2019)
Zeng, T.Y., Liu, G.D., Wang, L.L., Lin, Q.: Light-matter interactions enhanced by quasi-bound states in the continuum in a graphene-dielectric metasurface. Opt. Express 29(24), 40177–40186 (2021)
Zhang, Z.Y., Guo, W.L.: Cutting monolayer graphene into flexible spin filters. Carbon 115, 43–49 (2017)
Zhang, H.J., Liu, Z.Q., Zhong, H.Z., Liu, G.Q., Liu, X.S., Wang, J.Q.: Metal-free plasmonic refractory core-shell nanowires for tunable all-dielectric broadband perfect absorbers. Opt. Express 28(24), 37049–37057 (2020)
Zhao, X., Wang, Y., Schalch, J., Duan, G., Cremin, K., Zhang, J.D., Chen, C.X., Averitt, R.D., Zhang, X.: Optically modulated ultra-broadband all-silicon metamaterial terahertz absorbers. ACS Photonics 6(4), 830–837 (2019)