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西安光機所在太赫茲超材料功能器件研究方面取得重要進展

時間:2018-03-23  來源:文本大小:【 |  | 】  【打印

  2018年3月19日,国际著名SCI一区期刊《Carbon》(IF:6.337)在线发表了西安光机所瞬态光学与光子技术国家重點實驗室范文慧研究员课题组在太赫兹超材料功能器件方面的最新研究成果,题目为“Multiple plasmonic resonance excitations on graphene metamaterials for ultrasensitive terahertz sensing”,論文第一作者为博士研究生陈徐。

  論文提出并研究了一种利用石墨烯构建的三维太赫兹超材料结构,通过与太赫兹波的相互作用,可以实现多个等离子体共振模式激发;論文首次提出将这种具有多个等离子体共振模式的三维超材料结构应用于太赫兹传感,具有很高的传感灵敏度,可实现多频段太赫兹波超灵敏主动传感和多频带完美吸收功能,为太赫兹传感研究提供了一种创新方法。

  太赫兹波主要指频率在0.1 THz ~ 10 THz的电磁波,位于红外波与微波之间,处于宏观电子学与微观光子学的过渡区域,具有很多独特特性,例如 光子能量低、穿透性强、频谱覆盖有机分子和生物大分子的分子振动和转动能级等,有助于开发全新的光谱分析和无损检测技术,实现在材料特性检测、微电子测试、医学诊断、环境监控、化工和生物识别、军事国防等诸多方面的重要应用。

  然而,自然界的常規材料很難在太赫茲頻段産生有效的電磁響應,在研制太赫茲功能器件、實現太赫茲波有效操控等方面遭遇諸多困難,限制了太赫茲技術和應用的發展,需要新的創新思路應對太赫茲頻段天然材料匮乏的問題。

  通过人为设计单元尺寸在亚波长量级的微结构阵列,人工电磁超材料可以实现天然材料不具备的奇特物理性质(例如 负折射率、超透镜、完美吸收等),它的出现弥补了太赫兹频段电磁材料的匮乏,可以有效控制太赫兹波的振幅、相位、偏振以及传输特性,为实现太赫兹频段功能器件提供了一条有效途径,有望从根本上突破太赫兹技术的发展瓶颈。作为单层碳原子排列的二维平面材料,石墨烯在光、电、力、热等方面具有十分优异的性能,其在太赫兹频段的电导率可以通过外加偏置电压动态调节,因而在主动式太赫兹功能器件的研究开发方面前景广阔。

  陈徐系西安光机所硕博连读生,2012年入学,师从范文慧研究员。在学期间,主要开展太赫兹频段超材料功能器件研究工作,属于当前光学和太赫兹研究领域的重要前沿方向,并取得了一系列重要研究成果,已第一作者在Carbon、Scientific Reports、Optics Letters、Optical Materials Express等国际重要学术期刊发表論文8篇,合作发表論文6篇,投稿在审論文1篇,授权实用新型專利1项,参加国际学术会议1次,曾获中科院院长优秀奖、博士研究生国家奖学金、中科院朱李月华优秀博士生奖、卢嘉锡优秀研究生奖学金,主持完成中科院研究生社会实践资助专项1项。(瞬态室  供稿)