home Teknologi Manufaktur Peralatan Manufaktur
Manufaktur industri
Industri Internet of Things | bahan industri | Pemeliharaan dan Perbaikan Peralatan | Pemrograman industri |
home  MfgRobots >> Manufaktur industri >  >> Industrial materials >> bahan nano

Modulasi On-to-Off Mode Ganda Transparansi Terinduksi Plasmon dan Efek Kopling pada Metasurface Terahertz Berbasis Grafena Berpola

Abstrak

Transparansi yang diinduksi plasmon (PIT), yang merupakan interferensi destruktif antara mode superradiasi dan mode subradiasi, dipelajari dalam metasurface terahertz berbasis graphene berpola yang terdiri dari pita graphene dan strip graphene. Sebagai hasil simulasi finite-difference time-domain (FDTD) dan teori mode-berpasangan (CMT), PIT dapat dimodulasi secara dinamis oleh mode-ganda. Penurunan transmisi kiri (kanan) terutama disesuaikan dengan tegangan gerbang yang diterapkan pada pita graphene (garis), masing-masing, yang berarti modulator on-to-off mode ganda direalisasikan. Anehnya, absorbansi 50% dan properti cahaya lambat 0,7 ps juga tercapai, menunjukkan metasurface PIT yang diusulkan memiliki aplikasi penting dalam penyerapan dan cahaya lambat. Selain itu, efek kopling antara pita graphene dan strip graphene di metasurface PIT dengan parameter struktural yang berbeda juga dipelajari secara rinci. Dengan demikian, struktur yang diusulkan memberikan dasar baru untuk modulator multi-fungsi on-to-off dual-mode.

Pengantar

Saat ini, polariton plasmon permukaan (SPPs), sebagai pembawa untuk transmisi informasi dan energi, telah menjadi hotspot penelitian di optik sub-panjang gelombang. Umumnya, mereka dihasilkan oleh interaksi antara foton di medan cahaya datang dan elektron pada permukaan logam atau isolator [1, 2]. SPP memfasilitasi pengembangan dan pembuatan sirkuit optik dan fotonik yang sangat terintegrasi karena sifat optiknya yang unik. Pertama, mereka adalah mode non-radiatif dengan efek peningkatan jarak dekat yang hebat. Kedua, SPP dapat menembus batasan difraksi optik tradisional dan melokalisasi cahaya dalam rentang sub-panjang gelombang [3]. Ketiga, sifat-sifatnya tergantung pada parameter fisik bahan di sekitarnya. Oleh karena itu, pandu gelombang metal-dielectric-metal (MDM) berbasis SPP telah dipelajari secara luas oleh para sarjana karena kehilangan lenturnya yang rendah, kemampuan lokal yang kuat, dan kesulitan manufaktur yang rendah. Pada saat yang sama, banyak jenis pandu gelombang plasmonik MDM telah diusulkan, seperti splitter [4, 5], demultiplexer [6, 7], filter [8,9,10], dan sensor [11, 12]. Namun, sangat tidak nyaman untuk mendapatkan frekuensi atau panjang gelombang tertentu bahwa pandu gelombang MDM hanya dapat dimodulasi secara statis. Grafena, sebagai struktur sarang lebah planar dua dimensi dapat mendukung propagasi SPP dalam kisaran inframerah-tengah dan THz, menjadi kandidat paling menjanjikan di banyak bahan plasmonik karena banyak sifat optik yang sangat baik seperti lokalitas yang kuat, kehilangan rendah, dekat peningkatan lapangan, penyesuaian dinamis, dll [13, 14]. Akibatnya, optik plasmonic berbasis graphene telah digunakan dalam banyak aplikasi, misalnya, penginderaan cahaya [15, 16], penyerapan [17,18,19], switching [20], dan fenomena menarik lainnya seperti optik nonlinier [21]. , 22] dan transparansi yang diinduksi plasmon (PIT) [23,24,25,26]. Efek PIT, yang merupakan hasil interferensi destruktif antara mode superradiasi dan mode subradiasi, telah menghasilkan berbagai aplikasi plasmonik, misalnya, switching plasmonic [20, 27], perambatan cahaya lambat [28], pencitraan holografik [ 29], dan penyimpanan optik [30]. Untuk mencapai interaksi yang kompleks antara cahaya dan materi, PIT dapat diperoleh dalam pita graphene heterogen [31], graphene single-layer atau multi-layer [32,33,34], dan metasurfaces berbasis graphene [35] . Namun, perangkat plasmonik ini tidak hanya agak rumit dalam desain, tetapi juga mode tunggal dalam hal modulasi. Selain itu, terutama bahwa frekuensi resonansi akan disetel dengan memanipulasi tingkat Fermi graphene dalam modulasi sebagian besar perangkat plasmonik. Karena transmitansi PIT diabaikan, modulasi on-to-off tidak dapat direalisasikan.

Dalam studi ini, metasurface PIT yang diusulkan, yang terdiri dari pita graphene periodik dan strip graphene, lebih mudah diimplementasikan dan dibuat. Melalui deposisi uap kimia (CVD) [36], pita graphene dan strip graphene dapat ditanam pada foil tembaga, yang ditransfer ke substrat datar dengan teknik transfer kering dan basah. Teknik ini menghasilkan lebih sedikit robekan, retakan, dan ketahanan lembaran yang lebih rendah. Kedua, salah satu keuntungan paling signifikan adalah penurunan transmisi kiri (kanan) terutama dipengaruhi oleh tegangan gerbang yang diterapkan pada pita graphene (garis), yang berarti modulasi on-to-off mode ganda dapat direalisasikan. Ketiga, bahkan jika tingkat Fermi graphene rendah, penyerapan metasurface yang diusulkan dapat mencapai 50%, menunjukkan penyerap yang luar biasa. Akhirnya, ketika mobilitas pita graphene dan pita graphene keduanya 3 m 2 /(Vs), penundaan grup dapat mencapai 0,7 ps, mewakili metasurface yang diusulkan juga memiliki fungsi cahaya lambat yang berbeda. Selain itu, efek kopling antara pita graphene dan strip graphene di metasurface PIT dengan parameter struktural yang berbeda juga dipelajari secara rinci. Oleh karena itu, penelitian ini meletakkan dasar yang kuat untuk modulator multi-fungsi on-to-off mode ganda.

Metode

Konfigurasi metasurface PIT terdiri dari graphene single-layer berpola, elektroda, kabel logam tipis, dan silikon substrat diilustrasikan pada Gambar. 1a. Pita graphene dihubungkan dengan elektroda kiri untuk memodulasi level Fermi mereka dengan tegangan gerbang V g 1 . Selain itu, strip graphene dihubungkan dengan elektroda kanan menggunakan kabel logam tipis, dan tegangan gerbang V g 2 diterapkan untuk memodulasi tingkat Fermi mereka [37, 38]. Tegangan gerbang V g 1 dan V g 2 masing-masing dapat memodulasi level Fermi dari pita graphene dan strip graphene untuk lebih mewujudkan modulasi mode ganda dari PIT. Perlu dicatat bahwa pengaruh pada efek transmisi dapat diabaikan karena ukuran kecil dari kabel penghubung [39]. Pada Gambar 1b, tingkat Fermi E f dari graphene single-layer dapat secara tidak langsung dimodulasi oleh tegangan gerbang, yang dapat dinyatakan sebagai [40]:

$$ {E}_f=\hslash {\upsilon}_F\sqrt{\frac{\pi {\varepsilon}_0{\varepsilon}_d{V}_{\mathrm{g}}}{e{d}_0 }}. $$ (1)

a Skema struktur unit 3 × 3 dari metasurface PIT. b Diagram termodulasi dari tegangan gerbang. c Tampilan atas unit struktural dengan parameter geometrik L x =6,0 m, L y =4,0 m, l 1 =1,0 m, l 2 =1,4 m, l 3 =d =0,8 m, l 4 =2,9 m, dan S =1,55 m. d Diagram kopling antara pita graphene dan strip graphene

Di sini, ħ , ε d , ε 0 , e , d 0 , dan v B adalah konstanta Planck tereduksi, permitivitas statik silikon, permitivitas vakum, muatan elektron, ketebalan silikon, dan kecepatan Fermi. Perlu disebutkan bahwa konsentrasi pembawa setinggi 4 × 10 18 m −2 dalam lembaran graphene diamati dengan menggunakan gerbang elektrolitik, yang berarti E f =1,17 eV [41]; menggunakan metode ini, tingkat energi Fermi graphene dapat dimodifikasi secara eksperimental dari 0,2 eV menjadi 1,2 eV setelah menerapkan tegangan bias tinggi [42]. Unit struktural dari metasurface PIT yang diusulkan, yang terdiri dari pita graphene dan strip graphene yang ditempatkan pada silikon substrat, seperti yang diilustrasikan pada Gambar. 1c. Periodisitas diambil sebagai L x dan L y ; jarak kopling antara pita graphene dan strip graphene adalah d; perpindahan lateral strip graphene adalah S .

Konduktivitas optik dari lembaran graphene satu lapis terutama terdiri dari kontribusi antar-band dan intra-band [43,44,45], yang dapat dinyatakan sebagai

$$ \varepsilon \left(\omega \right)=1+\frac{\sigma_g}{\varepsilon_0\omega \varDelta}i. $$ (2) $$ {\sigma}_g={\sigma}^{\mathrm{intra}}+{\sigma}^{\mathrm{inter}}. $$ (3) $$ {\sigma}^{\mathrm{intra}}=\frac{2i{e}^2{k}_BT}{\pi {\hslash}^2\left(\omega +i {\tau}^{-1}\right)} Di\left[2\cosh \left(\frac{E_f}{2{k}_BT}\right)\right]. $$ (4) $$ {\sigma}^{\mathrm{inter}}=\frac{i{e}^2\left(\omega +i{\tau}^{-1}\right)}{ 4\pi {k}_BT}{\int}_0^{+\infty}\frac{G\left(\xi \right)}{\hslash^2{\left(\omega +i{\tau}^ {-1}\right)}^2/{\left(2{k}_BT\right)}^2-{\xi}^2} d\xi . $$ (5)

Di sini, G(ξ ) =sinh(ξ )/[cosh(E f /k B T )+coshξ ], di mana ξ =ε /k B T . Selain itu, ω , k B , σ g , σ antar , dan σ dalam adalah frekuensi sudut cahaya datang, konstanta Boltzmann, konduktivitas graphene single-layer, kontribusi antar-band, dan intra-band, masing-masing. Dalam karya ini, suhu ruangan adalah T =300K; ketebalan graphene adalah =0,34 nm. σ antar dapat diabaikan karena k B T 2E f dalam pita terahertz. Jadi, σ g dapat dinyatakan sebagai

$$ {\sigma}_g=\frac{i{e}^2{E}_f}{\pi {\hslash}^2\left(\omega +i{\tau}^{-1}\kanan) }. $$ (6)

Di sini, waktu relaksasi elektron dapat dinyatakan sebagai τ =μ 0 E f /(ev B 2 ) [40], dengan μ 0 =1 m 2 /(Vs) adalah mobilitas graphene. Selain itu, konstanta propagasi β cahaya datang pada permukaan graphene dapat dinyatakan sebagai [46]

$$ \frac{\varepsilon_1}{\sqrt{\beta^2-{\varepsilon}_1{k}_0^2}}+\frac{\varepsilon_2}{\sqrt{\beta^2-{\varepsilon} _2{k}_0^2}}=-\frac{i{\sigma}_g}{\omega {\varepsilon}_0}. $$ (7)

Di sini, ε 1 , 2 , dan k 0 adalah permitivitas relatif silika dan udara, dan vektor gelombang dari gelombang bidang, masing-masing.

Pada Gambar. 1d, teori mode berpasangan (CMT) [47] digunakan agar sesuai dengan spektrum transmisi dan penyerapan simulasi numerik FDTD. Elemen A1 dan A2 berfungsi sebagai dua antena untuk menggambarkan efek kopling antara pita graphene dan strip graphene. Ketika cahaya datang disinari dari A dan keluar dari B, relasi dapat diperoleh dengan

$$ \left(\begin{array}{cc}{\gamma}_1&-i{\mu}_{12}\\ {}-i{\mu}_{21}&{\gamma}_2\end {array}\right)\cdot \left(\begin{array}{c}{a}_1\\ {}{a}_2\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc }-{\gamma}_{o1}^{1/2}&0\\ {}0&-{\gamma}_{o2}^{1/2}\end{array}\right)\cdot \left (\begin{array}{c}{A}_{1+}^{in}+{A}_{1-}^{in}\\ {}{A}_{2+}^{in} +{A}_{2-}^{in}\end{array}\kanan). $$ (8)

Di sini, γ 1(2) = (iω – iω 1(2) – γ i 1(2) – o 1(2) ), di mana koefisien antar-kerugian adalah γ i 1(2) = 1(2) /(2T i 1(2) ) dan koefisien kerugian ekstra adalah γ o 1(2) = 1(2) /(2T o 1(2) ). Selain itu, Q i 1(2) =Re(n eff )/Saya(n eff ) [29] adalah faktor kualitas antar-kehilangan, yang dapat diperoleh dengan indeks bias efektif n eff = /k 0 . Faktor kualitas intra-kerugian dapat diperoleh dengan 1/Q t 1(2) =1/T i 1(2) + 1/T o 1(2) , dengan Qt 1(2) =f /Δf menjadi faktor kualitas dari keseluruhan sistem (Δf adalah 3 dB bandwidth). Mengikuti kekekalan energi, hubungan kopling antara dua antena adalah sebagai berikut:

$$ {A}_{2+}^{\mathrm{in}}={A}_{1+}^{\mathrm{out}}{e}^{i\varphi},{A}_{ 1-}^{\mathrm{in}}={A}_{2-}^{\mathrm{out}}{e}^{i\varphi}, $$ (9) $$ {A}_{ 1+}^{\mathrm{o}\mathrm{ut}}={A}_{1+}^{\mathrm{in}}-a{\gamma}_{\mathrm{o}1}^{ 1/2},{A}_{2+}^{\mathrm{o}\mathrm{ut}}={A}_{2+}^{\mathrm{in}}-b{\gamma}_ {o2}^{1/2}, $$ (10) $$ {A}_{1-}^{\mathrm{o}\mathrm{ut}}={A}_{1-}^{\ mathrm{in}}-a{\gamma}_{\mathrm{o}1}^{1/2},{A}_{2-}^{\mathrm{o}\mathrm{ut}}={ A}_{2-}^{\mathrm{in}}-b{\gamma}_{o2}^{1/2}, $$ (11) $$ {A}_{2-}^{\ matematika{dalam}}=0. $$ (12)

Di sini, subskrip “+” dan “–” menyatakan bahwa antena disinari dalam arah yang sama dan berlawanan; superskrip "masuk" dan "keluar" mewakili tanda cahaya masuk dan keluar antena. Selain itu, μ nm (n =1, 2, m =1, 2, n m ) dan φ adalah koefisien kopling dan perbedaan fasa antara dua antena, masing-masing. Dengan demikian, kita dapat memperoleh koefisien transmisi dan koefisien refleksi dari metasurface PIT yang diusulkan.

$$ t=\frac{A_{2+}^{out}}{A_{1+}^{in}}={e}^{i\varphi}+\left[{\gamma}_{o1} {\gamma}_2{e}^{i\varphi}+{\gamma}_{o2}{\gamma}_1+{\left({\gamma}_{o1}{\gamma}_{o2}\kanan )}^{1/2}\left({\chi}_1{e}^{i\varphi}+{\chi}_2\right)\right]\cdot {\left({\gamma}_1{\ gamma}_2-{\chi}_1{\chi}_2\right)}^{-1}, $$ (13) $$ r=\frac{A_{1-}^{out}}{A_{1 +}^{in}}=\left[{\gamma}_{o1}{\gamma}_1+{\gamma}_{o2}{\gamma}_1{e}^{i\varphi}+{\left ({\gamma}_{o1}{\gamma}_{o2}\right)}^{1/2}\left({\chi}_1+{\chi}_2{e}^{i\varphi}\ kanan)\kanan]\cdot {\left({\gamma}_1{\gamma}_2-{\chi}_1{\chi}_2\kanan)}^{-1}. $$ (14)

Dimana χ 1(2) =iμ 12(21) +(γ o 1(2) γ o 2(1) ) 1/2 e iφ . Kemudian, transmisi dan penyerapan metasurface PIT yang diusulkan dapat diperoleh dengan

$$ T={t}^2,A=1-{t}^2-{r}^2. $$ (15)

Hasil dan Diskusi

Baru-baru ini, pita graphene, sebagai salah satu kandidat paling menjanjikan dalam seri graphene karena fakta bahwa pita tersebut sangat mudah dicapai secara eksperimental dan dapat mendukung plasmon lokal (terutama berdasarkan resonansi gelombang berdiri seperti Fabry-Perot) [48 ,49,50] dan menyebarkan plasmon [51, 52], telah menarik banyak perhatian di bidang nanofotonik. Di sini, kami mengeksploitasi kopling plasmonik antara pita graphene dan strip graphene untuk menunjukkan efek PIT yang sangat baik.

Untuk membahas asal fisik efek PIT, spektrum transmisi simulasi dari tiga metasurface graphene dan distribusi medan listrik dari seluruh struktur dan strip graphene pada frekuensi resonansi diilustrasikan pada Gambar. 2a-c. Pada Gambar 2a, ketika metasurfaces disinari oleh cahaya terpolarisasi x, mode subradiant dapat dieksitasi dalam pita graphene, yang menghasilkan kurva merah dengan transmitansi 1. Sementara itu, mode superradiant dapat langsung dieksitasi dalam strip graphene, yang menghasilkan kurva Lorentz hitam dengan penurunan transmisi 7,90%. Akibatnya, mode subradiant dapat dieksitasi secara tidak langsung oleh mode superradiant, membentuk kurva PIT biru dengan puncak transmisi 88,61% yang dihasilkan oleh seluruh struktur. Selain itu, distribusi medan listrik dari seluruh struktur dan strip graphene pada frekuensi resonansi juga dapat menjelaskan asal mula fisik dari fenomena PIT. Ketika hanya strip graphene yang ada di unit struktural setiap metasurface graphene pola, energi medan listrik di sekitar strip graphene berada dalam keadaan setimbang, seperti yang diilustrasikan pada Gambar. 2c. Dalam hal ini, hanya medan listrik yang lebih lemah yang dibatasi di sekitar strip graphene, yang menghasilkan kurva Lorentz dengan faktor kualitas yang lebih rendah. Namun, ketika pita graphene ditambahkan ke metasurface, keseimbangan medan listrik di sekitar strip graphene terputus. Saat ini, karena efek kopling di antara mereka, medan listrik di sekitar strip graphene ditingkatkan, dan pita graphene juga dieksitasi oleh medan dekat, seperti yang diilustrasikan pada Gambar. 2b. Oleh karena itu, energi medan listrik dilokalisasi di sekitar strip graphene dan permukaan pita graphene, membentuk kurva PIT dengan faktor kualitas yang lebih tinggi.

a Spektrum transmisi simulasi dari tiga metasurface graphene. b Distribusi medan listrik seluruh struktur pada puncak resonansi. c Distribusi medan listrik dari strip graphene pada penurunan resonansi. Di sini, E f 1 =E f 2 =1,0 eV

Modulasi on-to-off mode ganda dari PIT dapat dicapai dengan dua tegangan gerbang yang diterapkan pada pita graphene dan strip graphene, seperti yang diilustrasikan pada Gambar. 3a-jam. Di sini, empat penurunan resonansi diberi label "dip1, dip2, Dip1, Dip2." Saat level Fermi E f 2 strip graphene ditetapkan pada 1,0 eV, tingkat Fermi E f 1 pita graphene diubah untuk mengeksplorasi efek PIT. Pada Gambar 3a–d, sebagai level Fermi E f 1 meningkat dari 0,6 eV menjadi 1,2 eV, terjadi perubahan yang signifikan pada dip1. Untuk satu hal, transmisi dari dip1 sangat berkurang yang menunjukkan bahwa modulasi on-to-off dapat diperoleh. Untuk yang lain, dip1 memiliki pergeseran biru yang jelas menunjukkan bahwa itu sensitif terhadap perubahan tingkat Fermi E f 1 dan dapat mewujudkan modulasi frekuensi. Selain itu, ketika level Fermi E f 1 pita graphene ditetapkan pada 1,0 eV, fenomena serupa terjadi di Dip2 dengan peningkatan level Fermi E f 2 . Namun, pergeseran biru lebih signifikan diamati di kemiringan kiri dalam kedua kasus. Ketika tingkat Fermi dari strip graphene dan pita graphene keduanya 1,0 eV, frekuensi resonansi mode superradiasi dan frekuensi resonansi monopole dari mode subradiasi pada dasarnya adalah 6,2 THz. Dengan demikian, kopling di antara mereka membentuk PIT simetris. Saat level Fermi E f 1 pita graphene meningkat dari 0,6 eV menjadi 1,0 eV, frekuensi resonansi monopol mode subradiasi bergeser dari sisi kiri ke 6,2 THz karena perubahan konduktivitas pita graphene. Dalam kasus ini, kopling antara mode subradiasi dan mode superradiasi lemah karena frekuensi resonansi yang berbeda, menghasilkan PIT yang sangat asimetris. Pergeseran biru yang jelas dari dip1 pada Gambar. 3a-d terutama dipengaruhi oleh pergeseran biru dari mode sub-radiasi. Demikian pula, pergeseran biru yang jelas dari Dip1 pada Gambar. 3e-h terutama dipengaruhi oleh pergeseran biru dari mode superradiasi. Mekanisme on-to-off rinci diilustrasikan pada Gambar. 3i. Dalam desain modulator on-to-off, "on" diatur ke transmitansi melebihi 0,3; jika tidak, itu disetel ke "mati". Dengan demikian, metasurface PIT yang diusulkan dapat mewujudkan fungsi dual-mode-on di level Fermi 0,6 eV hingga 0,8 eV dan fungsi dual-mode-off di level Fermi 0,8 eV hingga 1,2 eV. Singkatnya, tegangan gerbang V g 1 terutama mengatur penurunan transmisi kiri, namun penurunan transmisi kanan terutama disesuaikan dengan tegangan gerbang V g 2 . Oleh karena itu, modulator on-to-off dual-mode direalisasikan. Sementara itu, modulasi dual-mode dari plasmon-induced absorption (PIA) juga diperoleh pada Gambar. 4a-h. Dengan peningkatan level Fermi, PIA memiliki pergeseran biru yang jelas. Bahkan jika tingkat Fermi graphene rendah, penyerapan metasurface yang diusulkan bisa mencapai 50%. Hal ini karena graphene mirip dengan sifat loss ketika tingkat Fermi rendah, sehingga kehilangan dan penyerapan tinggi [53]. Fenomena ini berarti bahwa tingkat Fermi yang lebih rendah dapat mencapai penyerapan yang lebih tinggi, sehingga mengurangi tegangan yang dibutuhkan. Selanjutnya, spektrum transmisi dan serapan dari simulasi FDTD keduanya dipasang oleh CMT. Di sini, kurva biru menunjukkan hasil simulasi FDTD; kurva titik-titik merah menunjukkan data pemasangan CMT.

Spektrum transmisi simulasi FDTD dan pemasangan CMT (a –d ) untuk E different yang berbeda f 1 ketika E f 2 =1,0 eV. e –h Untuk E yang berbeda f 2 ketika E f 1 =1,0 eV. saya Hubungan antara transmitansi penurunan resonansi dan tingkat Fermi

Spektrum serapan simulasi FDTD dan pemasangan CMT (a –d ) untuk E different yang berbeda f 1 ketika E f 2 =1,0 eV. e –h Untuk E yang berbeda f 2 ketika E f 1 =1,0 eV

Selain itu, spektrum transmisi dengan mobilitas graphene yang berbeda juga dipelajari, seperti yang diilustrasikan pada Gambar 5(a-c). Kurva PIT yang sepenuhnya simetris diperoleh ketika E f 1 =E f 2 =1,0 eV. Atas dasar ini, mobilitas graphene meningkat dari 1,0 m 2 /(Vs) hingga 3,0 m 2 /(Vs) dalam 1,0 m 2 /(Vs) langkah. Ketika mobilitas graphene meningkat, tidak hanya spektrum transmisi yang menunjukkan pergeseran merah yang nyata, tetapi juga bandwidth 3 dB dari penurunan transmisi menjadi lebih sempit, yang berarti mobilitas graphene juga dapat digunakan untuk memodulasi PIT secara dinamis dan faktor kualitas penurunan transmisi. Di sini, spektrum transmisi simulasi FDTD dan pemasangan CMT masih sangat cocok. Diketahui bahwa kinerja efek cahaya lambat lebih baik dengan faktor kualitas penurunan transmisi yang lebih tinggi. Oleh karena itu, pergeseran fasa transmisi dan penundaan kelompok dengan mobilitas graphene yang berbeda diplot pada Gambar. 5d-e. Penundaan grup dicapai dengan [54]:

$$ {\mathrm{t}}_g=\frac{d\phi \left(\omega \right)}{d\omega}, $$ (16)

a–c Spektrum transmisi simulasi FDTD dan pemasangan CMT dengan mobilitas graphene yang berbeda μ = 0 , 2μ 0 , 3μ 0 . d, e Pergeseran fase transmisi dan penundaan grup dengan mobilitas graphene yang berbeda μ = 0 , 2μ 0 , 3μ 0 . Di sini, E f 1 =E f 2 =1,2 eV

dimana ϕ (ω ) adalah pergeseran fasa yang dihitung dengan ϕ (ω ) =  arg (t ). Hasilnya menunjukkan bahwa penundaan grup dan pergeseran fasa adalah 0 ketika transmisi sistem mendekati 1. Selain itu, penundaan grup besar terjadi pada puncak transmisi dan sekitarnya karena fakta bahwa pita graphene dan graphene strip memiliki efek kopling yang kuat pada frekuensi resonansi. Ketika mobilitas graphene mencapai 3μ 0 , penundaan grup sistem dapat mencapai 0,7 ps. Namun, penundaan grup pada penurunan transmisi mencapai nilai negatif yang besar, yang berarti perambatan cahaya cepat dalam sistem. Sementara itu, perpindahan fasa juga berubah drastis pada penurunan transmisi. Zhang dkk. baru-baru ini telah mengusulkan efisiensi penyerapan 50% dan kinerja cahaya lambat dengan struktur graphene berpola [25]. Namun, unit struktur yang diusulkan yang terdiri dari strip ganda grafena dan pita grafena, yang lebih kompleks, tidak dapat mewujudkan modulasi on-to-off dan penyerapan mode ganda. Selain itu, tidak masuk akal untuk menganalisis efisiensi penyerapan dengan mengubah mobilitas strip ganda graphene dengan hanya pita graphene yang diterapkan dengan tegangan gerbang. Selanjutnya, efek cahaya lambat yang dianalisis dengan indeks kelompok yang sebagian besar tergantung pada ketebalan substrat tidak objektif. Dan indeks kelompok yang hanya mencapai 382 itu buruk.

Akhirnya, efek kopling antara pita graphene dan strip graphene di metasurface PIT dengan parameter struktural yang berbeda dipelajari secara rinci, seperti yang diilustrasikan pada Gambar. 6a-d. Parameter struktural lainnya didasarkan pada Gambar. 2a. Dari Gambar 6a, dengan bertambahnya jarak kopling, kemiringan transmisi kiri pertama-tama digeser biru dan kemudian digeser merah, sedangkan kemiringan transmisi kanan pada dasarnya tidak berubah, artinya perubahan jarak kopling memiliki pengaruh yang lebih besar untuk transmisi kiri mencelupkan. Ketika perpindahan lateral dari strip graphene meningkat, posisi penurunan transmisi tidak berubah karena cahaya insiden terpolarisasi-x, seperti yang diamati pada Gambar. 6b. Menariknya, pada Gambar 6c, peningkatan l 4 menghasilkan pergeseran merah bertahap pada penurunan transmisi kiri dan faktor kualitasnya semakin kecil, menunjukkan ketergantungan panjang strip graphene pada spektrum transmisi kiri. Gambar 6d mengilustrasikan peningkatan lebar strip graphene menyebabkan sedikit pergeseran merah pada penurunan transmisi kiri dan sedikit pergeseran biru pada penurunan transmisi kanan, meningkatkan jarak antara penurunan transmisi. Perlu disebutkan bahwa karena penambahan panjang dan lebar untuk strip graphene meningkatkan induktansi sistem resonansi, sebuah fenomena yang signifikan dihasilkan.

Ketergantungan spektrum transmisi pada parameter geometris yang berbeda. a Jarak kopling, d , (b ) perpindahan lateral, S , (c ) panjang strip graphene, l 4 , (d ) lebar strip graphene, l 2

Kesimpulan

Singkatnya, kami telah mensimulasikan secara numerik dan secara teoritis menghitung PIT dalam metasurface berpola yang terdiri dari pita graphene dan strip graphene, yang disebabkan oleh interferensi destruktif antara mode superradiant dan mode subradiant. Menariknya, modulasi PIT on-to-off mode ganda dapat dicapai dengan dua tegangan gerbang yang diterapkan pada pita graphene dan strip graphene. Selain itu, tingkat penyerapan 50% dan properti cahaya lambat 0,7 ps tercapai, menunjukkan metasurface PIT yang diusulkan memiliki aplikasi penting dalam penyerapan dan cahaya lambat. Selanjutnya, efek kopling antara pita graphene dan strip graphene di metasurface PIT dengan parameter struktural yang berbeda dipelajari secara rinci. Dengan demikian, karya ini menyediakan aplikasi potensial untuk implementasi modulator multi-fungsi on-to-off mode ganda.

Ketersediaan Data dan Materi

Semua data yang dihasilkan atau dianalisis selama penelitian ini disertakan dalam artikel yang dipublikasikan ini.

Singkatan

CMT:

Teori mode berpasangan

CVD:

Deposisi uap kimia.

FDTD:

Domain waktu perbedaan-hingga

MDM:

Logam-dielektrik-logam

PIT:

Transparansi akibat plasmon

SPP:

Polariton plasmon permukaan


bahan nano

  • Logam
  • Pembuluh darah
  • serat
  • bahan komposit
  • bahan nano
  • Bahan Polimer
  • Biologis
  • Pewarna
  • rempah-rempah
    1. Grafena di pengeras suara dan earphone
    2. Modulasi Sifat Anisotropi Elektronik dan Optik ML-GaS oleh Medan Listrik Vertikal
    3. Komposit Grafena dan Polimer untuk Aplikasi Superkapasitor:Tinjauan
    4. Transparansi Diinduksi Plasmon yang Dapat Disetel Secara Dinamis dalam Sistem Pemandu Gelombang Asimetris Nanocavity-Coupled Asimetris Berbasis Grafena
    5. Sifat Inframerah dan Modulasi Gelombang Terahertz dari Heterojunctions Grafena/MnZn Ferit/p-Si
    6. Kemampuan Keamanan Hayati dan Antibakteri Grafena dan Grafena Oksida In Vitro dan In Vivo
    7. Efek Sinergis Grafena dan MWCNT pada Struktur Mikro dan Sifat Mekanik Nanokomposit Cu/Ti3SiC2/C
    8. Evaluasi Struktur Grafena/WO3 dan Grafena/CeO x Sebagai Elektroda untuk Aplikasi Superkapasitor
    9. Efek Annealing pada Mikrostruktur dan Pengerasan Paduan Vanadium yang Diimplan Helium-Hidrogen Secara Berurutan
    10. Persiapan Polietilena/Grafena Nanokomposit In situ Polimerisasi dengan Berat Molekul Ultra Tinggi melalui Struktur Spherical dan Sandwich Dukungan Grafena/Sio2