太赫茲（THz）場(chǎng)增強(qiáng)在高分辨率成像、下一代無(wú)線通信和網(wǎng)絡(luò)中有著重要的應(yīng)用。在這項(xiàng)工作中，本研究實(shí)驗(yàn)證明了基于谷間散射理論的用于太赫茲場(chǎng)增強(qiáng)的石墨烯超表面。元表面的每個(gè)元原子由嵌入一個(gè)石墨烯片中的一個(gè)分裂環(huán)諧振器（SRR）組成。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)電調(diào)節(jié)石墨烯貼片的導(dǎo)電性，整個(gè)樣品的太赫茲場(chǎng)增強(qiáng)了23倍，0.47THz處的透射振幅降低了8.4dB。此外，在0.43THz處的最大相位差達(dá)到88°。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果吻合良好。這項(xiàng)研究為探索太赫茲-物質(zhì)相互作用和非線性光學(xué)鋪平了道路。
圖1. （a） 設(shè)備的三維示意圖。（b） 元表面的一個(gè)元原子。（c）局部裝置和（d）晶胞的SEM圖像。
圖2. （a） 模擬的透射光譜和（b）具有不同費(fèi)米能級(jí)的相光譜。（c） 模擬了不同費(fèi)米能級(jí)的增強(qiáng)因子和相位差。
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圖3. （a） 測(cè)量不同偏置電壓下的THz-TDS信號(hào)。（b） 測(cè)量了不同偏置電壓下的太赫茲場(chǎng)強(qiáng)譜。（c） 測(cè)量的透射光譜和（d）具有不同偏置電壓的測(cè)量的相位光譜。（e） 測(cè)量不同偏置電壓下的增強(qiáng)因子和相位差。
圖4. （a）0eV、（b）0.4eV和（c）1eV的電場(chǎng)分布。
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圖5. 谷間散射過(guò)程。（a） 價(jià)帶中電子的狀態(tài)。（b） 位于導(dǎo)帶的電子的狀態(tài)。（c） 位于Γ谷的電子的狀態(tài)。
相關(guān)研究成果由桂林電子科技大學(xué)Fangrong Hu和Mingzhu Jiang等人2023年發(fā)表在Nano Letters (鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c03372)上。
原文：Intervalley Scattering Induced Terahertz Field Enhancement in Graphene Metasurface
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
