하이브리드 유전체-그래핀 메타표면에 대한 이전 연구는 갇힌 자기 공명을 기반으로 하는 높은 Q 인자를 나타내면서 유도 투명 장치를 구현하는 데 사용되었습니다. 일반적으로 투명 창은 단일 파장이며 편광 변환 구조에 덜 적합합니다. 이 작업에서 제어 가능한 복굴절을 가진 하이브리드 실리콘-그래핀 메타표면을 기반으로 하는 1/4 파장 플레이트가 수치적으로 설계되었습니다. 갇힌 자기 모드 공명 현상과 높은 Q 계수는 실리콘과 실리카 사이에 그래핀을 삽입하여 조절됩니다. 이는 그래핀이 없는 전체 유전체 구조와 비교하여 더 넓은 투과 파장을 초래합니다. 복굴절 조정성은 실리콘의 치수와 그래핀의 페르미 에너지를 기반으로 합니다. 결과적으로, 선형에서 원형으로의 편광 변환은 근적외선에서 96%의 높은 정도에서 달성됩니다. 또한 산란광의 편광 상태는 외부 게이트 바이어싱 전압에 따라 좌우 원형 편광 간에 전환할 수 있습니다. 플라즈몬 메타표면과 달리 이러한 성과는 복사 및 저항 손실이 없는 효율적인 구조를 보여줍니다. 또한, 초박형 두께와 구조의 소형화는 통합 및 CMOS 호환 포토닉 센서를 구현하는 핵심 구성 요소로 입증되었습니다.
<섹션 데이터-제목="배경">나노 광자학 연구는 특히 조정 가능하고 실험적으로 가능한 광 조작 메타표면을 설계하는 데 있어 모든 유전체 요소로 이동하고 있습니다[1, 2]. 주요 목표는 이러한 메타표면을 나노광자 감지 장치에 통합하는 것입니다. 유전체 메타표면으로 초점이 이동하는 것은 플라즈몬 메타표면과 비교하여 실리콘 및 기타 유전체 재료에서 나타나는 낮은 복사 및 저항 손실로 인한 것입니다. 결과적으로 높은 Q 트랩 모드 공진을 사용하는 특수 플라즈몬 구조는 이전에 전송 효율을 향상시키기 위해 제안되었습니다[2-5]. 손실 감소는 이산 전기 모드와 자기 모드 간의 간섭 또는 금속 요소의 대칭 파괴를 통해 달성됩니다. 손실 감소를 향상시키는 자유 공간의 약한 결합이 개발되었습니다[1, 6]. 티타니아(TiO2)와 같은 자기공명을 나타내는 물질 ), 실리콘 질화물 및 게르마늄은 낮은 손실로 인해 전자기 스펙트럼의 다양한 영역에서 우수한 광학 특성을 나타냅니다[7-9]. 특히, 가시광 분산이 낮고 전기 광학 특성이 강하여 대비가 낮은 메타표면 광학 요소 설계에 사용할 수 있습니다.
최근 그래핀 기반 Fano 공명 메타표면은 변조기[10-13], 흡수기[14, 15], 저속광 장치[16, 17], 망토[16, 18]와 같은 광 조작 장치에 성공적으로 제안되었습니다. 뿐만 아니라 다른 사람. 이 장치에서 단층 그래핀과 공진 갭의 제한된 전기장 사이의 강한 상호 작용의 결과로 복사 손실이 완화되었습니다. 그래핀은 조정 가능한 광 전도도 및 높은 캐리어 이동도를 비롯한 놀라운 특성을 제공합니다. 이를 통해 복사 손실이 억제된 높은 Q 공진 구조를 지원할 수 있습니다[19, 20]. 반면에 금속 메타표면은 하위 파장 요소를 사용하여 전기장 제한을 강화하고 충돌하는 빛의 위상, 진폭 및 편광에 급격한 변화를 만듭니다.
스플릿 링 공진기(SRR)는 광학 특성을 조정할 때 유연성을 허용하는 인덕턴스-커패시턴스 공진 특성으로 인해 일반적인 플라즈몬 메타표면 요소입니다. 유사하게, 다른 유전체 메타표면은 조정 및 제작 능력으로 인해 SRR을 기본 메타표면 단위로 사용합니다[21, 22]. 실리콘 필름의 "Z 슬롯"과 같은 다른 요소 모양도 편광 스플리터로 설계되었습니다[23]. 그러나 금속 메타표면은 높은 저항 손실과 낮은 투과율을 가지고 있어 광 조작 효율을 낮춥니다[24, 25].
Chen et al.이 제안한 전유전체 메타 소자 및 경사 격자 분극 변환기. 및 Kruk et al.은 ~ 99% 놀라운 효율성을 보였습니다. [26, 27]. 구조는 테라헤르츠 및 근적외선 영역에서 각각 0.35 및 0.9의 높은 복굴절 비율을 나타냅니다. 그러나 복굴절 조정 메커니즘은 제안되지 않았습니다. 이 연구에서는 게이트 전압 바이어싱을 통해 복굴절 조정 가능성과 스위칭을 시연하고 치수 변화를 통해 구조 유연성을 보여줍니다. 일반적으로 고굴절률 안테나로 구성된 메타표면은 임피던스 불일치로 인한 부분적인 후방 반사의 존재로 인해 제한됩니다. 이 문제를 극복하는 방법은 거의 단일 전송이 실현될 수 있도록 강력한 국부 전기 및 자기 Mie 유형 공진을 갖는 실리콘 메타표면을 설계하는 것입니다[28-30]. 반면에 고대비 메타표면은 격자선을 따라 정확한 위상 또는 편광 프로파일을 구현하기 위해 효율성은 높지만 공간 분해능이 낮습니다[31, 32].
이 작업에서는 트랩된 자기 모드를 기반으로 하는 높은 Q 계수를 가진 전체 유전체 메타표면이 표시됩니다. 제안된 단위 셀은 실리콘, 그래핀 및 실리카 기판으로 구성된 십자형 비대칭 직사각형 쌍극자로 구성됩니다. 그래핀 층은 실리콘과 실리카 사이에 끼워져 있습니다. 1/4 파장 판 특성을 나타내면서 그래핀의 고유한 특성과 실리콘의 치수를 통해 편광을 제어합니다. 따라서 입사된 직선편광은 근적외선(> 95%)에서 높은 PCR(편광변환비)로 원편광으로 변환됩니다. ). 또한, 산란광의 원형 편광 상태는 외부 게이트 전압 바이어싱을 통해 RCP(오른쪽 원형 편광) 상태와 LCP(왼쪽 원형 편광) 상태 간에 전환할 수 있습니다. 이러한 동적 편광 제어는 구조의 자유도를 증가시키고 CMOS 포토닉 장치에 큰 영향을 줄 수 있습니다. 유한요소법은 COMSOL Multiphysics®를 사용하여 단위 셀을 모델링하고 메타표면의 성능을 분석하는 데 사용되었습니다.
구조의 단위 셀의 개략도는 그림 1a에 나와 있습니다. 그래핀 층 위에 실리콘 십자형 안테나와 실리카 기판으로 구성되어 있습니다. 실리콘과 실리카의 비유전율은 각각 12.25와 2.25이다[33]. 모든 치수는 그림 1a의 캡션에 나와 있습니다. 첫째, 허용 가능한 공진을 얻기 위해 주기성 P x =600 nm가 고정되었고 P 와 여러 값을 휩쓸었습니다. 내부 치수 L 1 =440 nm 및 L 2 =370 nm도 고정된 상태로 유지되었지만 나중에 위상 조정을 위해 최적화되었습니다. 높이 h =110 nm 및 너비 W =60 nm는 시뮬레이션 전반에 걸쳐 고정된 상태로 유지되었습니다. 포트 소스의 수직 입사광, 주기적 경계 및 출구 끝의 완벽하게 일치하는 레이어가 사용되었습니다.
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도식 삽화. 아. 단위 셀 치수:L 1 =450nm, L 2 =370nm, h =110nm, W =60nm, P x =600 nm 및 P 와 =560nm. ㄴ. 편광 각도에서 선형 편광된 입사광, α , 구조를 통해 원형 편광으로 변환
빛의 투과 특성은 산란된 전기장 E을 기반으로 정의되었습니다. 나 (나 =x ,y ), 즉, \(T_{xx} =\left |\frac {E_{x}}{E_{0}}\right |\), \(T_{yy} =\left |\frac {E_{y }}{E_{0}}\오른쪽 |\), Φ xx =arg(E x ) 및 Φ yy =arg(E 와 ), 여기서 T ii (나 =x ,y )는 투과 계수 및 Φ ii (나 =x ,y )는 위상 구성 요소입니다. 그런 다음 위상 지연을 \(\Delta \Phi =\text {arg}\left (\frac {E_{x}}{E_{y}}\right) =\Phi _{xx}-\Phi _로 정의했습니다. {yy}\) 거리 z에서 계산했습니다. =1.2 μ 표면에서 m. 복굴절 메타표면은 투과 필드의 구성 요소 중 하나에 위상 지연을 도입하여 입사광의 편광 상태를 조작합니다. Huygens 원리에 의해 구조는 Φ 사이에 위상 불연속성과 위상 지연을 생성합니다. xx 및 Φ yy 투과된 빛의 \(E =E_{x}e^{i\Phi _{xx}}\hat {x}+E_{y}e^{i\Phi _{yy}}\hat {y}\ ). 도입된 위상 지연이 90° 또는 - 90°이면 각각 LCP 또는 RCP가 켜지며 그림 1b와 같이 QWP 동작을 확인합니다. 일반적으로 메타표면을 통해 전달된 파동은 타원 편파입니다:
$$ \frac{x^{2}}{E_{x}^{2}}+\frac{y^{2}}{E_{y}^{2}}-2\frac{xy}{E_ {x} E_{y}}\cos\Delta\Phi =\sin^{2}\Delta\Phi. $$ (1)일반적으로 그래핀의 광학적 특성은 전도성을 통해 표시됩니다. σ , 대역간 및 대역내 전환으로 특징지어짐:σ =σ 나 +σ 디 , 여기서 σ 나 및 σ 디 는 각각 대역 간 및 대역 내 전도도입니다. 표면 전하 밀도의 변화, n s , 그래핀에서 그래핀의 전자 수와 페르미 에너지, 즉 \(E_{F} =\hbar \nu _{F}(\pi n_{s})^{1/2}\), 여기서 v F =10 6 m/s는 전자의 페르미 속도입니다. 우리는 그래핀을 두께 δ의 메쉬 셀의 벌크 단층으로 모델링했습니다. =1nm, 면내 치수, 1nm×1nm. 면내 유전율은 실온에서 무작위 위상 근사값 내에서 계산되었습니다. \(\epsilon _{g}(\omega) =1+\frac {i\sigma }{\omega \epsilon _{0} \delta } =\epsilon '+i\epsilon ''\), 여기서 ε ′ 그리고 ε ″ 입사 광자 에너지 \(E =\hbar \omega \) 및 E의 함수로 정의된 유전율의 실수 및 허수 부분입니다. F :
$$ {}\begin{정렬} {\epsilon}^{\prime}_{\mathrm{g}} &=1+\frac{e^{2}}{8\pi E {\epsilon}_{ 0} \delta}\ln\frac{(E+2|{E}_{F}|)^{2}+{\Gamma}^{2}}{(E-2|{E}_{F }|)^{2}+{\감마}^{2}}-\frac{e^{2}}{\pi {\epsilon}_{0}\delta}\frac{|{E}_{ F}|}{{E}^{2}+\left(\frac{1}{\tau}\right){~}^{2}},\ \ \text{and} \end{정렬} $ $ (2) $$ {}\begin{정렬} {\epsilon}^{\prime\prime}_{\mathrm{g}}~=&~\frac{{e}^{2}}{4 E {\epsilon}_{0} \delta}\left[1+\frac{1}{\pi}\left\{{\tan}^{-1} \frac{E-2|{E}_{ F}|}{\감마} -{\tan}^{-1}\frac{E+2|{E}_{F}|}{\감마}\right\} \right]\\ &+\ frac{{e}^{2}}{\pi E{\epsilon}_{0}\delta\tau}\frac{|{E}_{F}|}{{E}^{2}+\ 왼쪽(\frac{1}{\tau}\right){~}^{2}}, \end{정렬} $$ (3)여기서 Γ =110 meV는 근적외선 및 τ에서 대역간 전이 확장으로 이어지는 에너지입니다. 는 자유 캐리어 산란율입니다. 매개변수 \(\frac {1}{\tau }\)는 근적외선에서 대역 내 전이보다 대역간 전이가 우세하기 때문에 0으로 가정됩니다[1].
먼저, 그래핀 층이 없는 전체 유전체 메타표면을 시뮬레이션하고 그림 2a와 같은 투과 스펙트럼을 얻었다. 구조는 편광 각도 α에서 입사하는 선형 편광(LP)에 의해 조명되었습니다. , 도 1b에 도시된 바와 같이. 그림 2a의 투과율 결과는 높은 Q 계수를 가진 좁은 공진을 보여줍니다. 이것은 갇힌 자기 모드의 여기에 기인합니다. 공진 파장 λ에 강한 면내 전기장이 있습니다. =1.49 μ m 안테나의 가장자리를 따라(그림 2b). 면내 전기장은 역평행이며 전기 및 자기 쌍극자 응답 사이에 상쇄 간섭 효과를 일으킵니다. 편광 각도, α에서 입사 LP 광의 성분 =48°, 갇힌 전자기 모드와 자유 공간 빛 사이에 약한 결합을 일으킵니다. 또한, 실리콘 쌍극자에 대한 강한 자기장 침투는 입사 평면파와 순환 변위 전류 사이의 급격한 위상 변이 및 향상된 결합을 초래합니다. 그림 3a, b와 같이 공진 파장에서 강한 자기 공명과 급격한 상변화가 일어난다. 자기 쌍극자 모드는 전기 모드보다 원형 변위 전류의 영향을 더 많이 받으며, 이는 주로 인접한 안테나 쌍극자 간의 결합으로 인해 발생합니다. 또한 Kirshav et al. 자기 공명이 구조의 치수와 모양에 영향을 받는다는 것을 입증했습니다[34]. 예를 들어, 우리 구조에서 측면 치수와 입사광의 파장은 \(L_{i}(i~=~1,2)\approx \frac {\lambda }{n_{\text { si}}}\), 여기서 L 나 ≈440 nm 및 n 시 =3.5.
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아 그래핀이 없는 유전체 구조의 투과 및 반사. ㄴ , ㄷ . 면내 전기장 E x (b) 및 E v (c) 공명 파장 λ에서 계산 =1.49 μ ㅁ
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아 그래핀이 없는 완전 유전체 메타표면의 위상 성분 및 지연. L에 대한 파장의 함수로 표시된 투과율 1 =440nm, L 2 =370nm, W =60nm, b의 경우 그래핀이 없고 그래핀이 있는 구조(E F =0.8 eV), c 다양한 페르미 에너지, d 다양한 L 2 350~450nm. L에서 대칭 깨짐 2 =410 nm는 자기 및 전기의 두 가지 주요 모드를 나눕니다.
기판과 나노 안테나 사이에 그래핀 층이 삽입되면 실리콘 안테나 내부의 순환 변위 전류가 감소하고 표면 전계가 강화된다. 이는 입사 전기장의 편광이 나노안테나의 반대쪽 경계에서 역평행하여 소자 내 순환 변위 전류와의 약한 결합을 일으키는 조건에 해당합니다. 그래핀은 실리콘과 실리카 기판 사이의 표면에 향상된 전도를 도입합니다. 소자 내 변위 전류와의 결합과 비교하여 면내 전기장과의 더 강한 결합이 발생합니다. 이 효과로 인해 그림 3b와 같이 표면에 상쇄 간섭을 일으킬 수 있는 역평행 전기장이 감소하고 Q 계수가 크게 떨어집니다. 공명 파장도 λ에서 약간 이동합니다. =1.49 μ m ~ λ =1.5 μ m은 실리콘으로의 감소된 침투로 인한 것입니다. 도 3c는 그래핀의 페르미 에너지를 변화시키는 효과를 나타낸다. 도핑되지 않은 그래핀의 경우(E F =0 eV), λ에서 강한 공진이 있습니다. =1.5 μ m은 도핑 수준이 증가함에 따라 감소합니다. 대역간 전이는 페르미 준위가 낮고 그래핀이 더 큰 ε 유전 특성을 나타낼 때 지배적입니다. ′ . 그러나 E일 때 F 증가하면 여러 대역 간 전환 채널이 차단됩니다. 밴드 내 전이는 그래핀의 유도 반응을 일으키고 흡수를 감소시킵니다[1, 20]. 그래핀 아래층과 실리콘 구조의 적절한 치수로 자기 및 전기 쌍극자 모드의 강도가 향상되어 높은 산란 효율을 얻을 수 있다는 점은 주목할 가치가 있습니다[34]. 실리콘 안테나는 그림 3d와 같이 공진 주변의 두 가까운 파장에서 결합 공진을 나타냅니다. λ에서 =1.48 μ m, 안테나는 유도 자기 쌍극자의 결합을 보여주지만 λ에서 =1.52 μ m, 커플링은 전기 모드 사이입니다. 안테나의 대칭이 x에서 변경될 때 두 가지 모드가 발생합니다. y로 L 방향 2 ≈410nm. 치수 L 2 L을 유지하면서 350에서 480nm 사이의 값 범위를 휩쓸었습니다. 1 440 nm에서 고정.
그래핀 효과는 위상 성분과 전달된 전기장의 위상 지연을 조정하는 데 유용합니다. 먼저 입사되는 LP광의 성분이 실리콘 안테나의 직교 암으로 분해됩니다. 각 쌍극자 공명은 산란된 빛에 다른 위상 패턴을 각인합니다. 특히, 공명 근처에서 각 쌍극자 공명은 [− π 범위에서 입사 전기장의 위상을 이동시킵니다. ,π ]. 안테나의 적절한 치수를 사용하면 그림 4a와 같이 90° 위상차가 얻어진다. 해당 전송 계수는 그림 4b에 나와 있습니다. 교차점 T xx =티 yy 공진 근처에서 발생하여 이상적인 QWP 조건을 정의합니다. 또한 길이 L의 다른 값을 스윕하여 2 L을 유지하면서 1 고정(L 1 =440 nm), 다양한 전기 및 자기 모드와 관련된 공진 진폭은 다양할 수 있습니다. ± 10° 이내의 허용 가능한 위상 대역폭 범위는 L 2 =RCP의 경우 365nm, L 2 =그림 4c와 같이 LCP의 경우 450nm입니다. 둘째, 그림 4d에서 그래핀의 페르미 에너지를 변화시키면 위상 대역폭이 그에 따라 변한다. λ에서 =1.48 μ m, 도핑되지 않은 그래핀(E F =0 e V ) 실리콘 쌍극자에 전기장을 많이 침투시키고 x 그리고 y 산란광(≈150°)의 성분이 발생합니다. 그러나 E와 같이 F 0.8 e에 접근 V , 면내 속성(ε x =ε 와 ) 그래핀의 표면 전도성을 증가시켜 실리콘으로의 침투를 감소시키고 Δ Φ λ에서 ≈90° =1.49 μ 엠.
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아 전체 유전체/그래핀 메타표면 및 b의 위상 성분 및 지연 해당 투과 계수 T xx 그리고 T yy . L에 대한 파장의 함수로 표시된 위상 지연 1 =440nm, L 2 =370nm, W =60nm, c의 경우 다양한 페르미 에너지와 d 다양한 L 2 350~450nm
L이 있는 하이브리드 구조에 대해 계산된 Stokes 매개변수 및 편광 타원 치수 1 =450nm, L 2 =370nm, W =60 nm는 그림 5a, b에 나와 있습니다. 공진 파장에서 멀어지면 투과광의 편광이 입사광의 편광과 변하지 않고 유지됩니다. 그러나 공진 근처에서 편광 상태는 입사 LP 광에 대해 원형으로 변경됩니다. λ에서 =1.5 μ m, 스톡스 매개변수 비율 |S 3 /S 0 |≈ ± 1, 여기서 + 1 값은 완벽한 RCP를 나타내고 - 1은 완벽한 LCP 출력을 나타냅니다. 여기, S 0 =|이 x | 2 +|이 와 | 2 그리고 S 3 =2E x 이 와 죄Δ Φ Stokes 매개변수입니다. 전송 강도의 정도는 S에 의해 결정됩니다. 0 , 즉, 값> 50% 허용됩니다. 그림 5c는 투과 계수에서 계산된 PCR 효율을 보여줍니다.
$$ \text{PCR}~=~\frac{T_{yx}^{2}}{T_{yx}^{2}+T_{xx}^{2}}, $$ (4) <그림>
아 편광 입사각 α에 대한 파장에 대한 스토크스 매개변수 변화 =48°. ㄴ . 스토크스 매개변수 비율(S 3 /S 0 ) L의 함수로서의 변동 2 α에서 a에 명시된 , ㄷ 입사된 선형 편광에 대해 계산된 편광 변환 비율. d . 파장 λ에서의 진폭과 위상차의 비율 =1.5 μ 편광 각도의 함수로서의 m
여기서 T yx 그리고 T xx 는 각각 교차 및 공분극 항입니다. 파장 범위 내에서 λ =1.48 μ m 및 λ =1.51 μ m, 효율성은 ≈96%입니다. RCP 및 ≈90% LCP 출력용. 그러나 λ에서 =1.52 μ m, 효율성은 ≈80%로 약간 떨어집니다. LCP용. 도 5d에 도시된 바와 같이, 구조는 입사되는 LP 광의 편광 각도에 둔감하다. 허용 진폭비 E x /이 와 ≈1 및 위상 편이 Δ Φ ≈90°는 넓은 범위에서 얻어진다. α일 때 =48°, 정확한 QWP 조건이 획득됨
또한, 복굴절 형태를 정의하는 전송 위상 프로파일은 주기성 P의 함수로 계산되었습니다. 나 (나 =x ,y ) 파장 λ에서 =1.49 μ 중. 그림 6a에서 구조의 조정 가능한 위상 지연은 두 주기가 역 관계를 나타내는 대각선을 따라 얻을 수 있습니다. 위상 지연(Δ Φ ≈90°)는 Fig. 6b와 같이 투과율이 80% 이상인 영역에서 발생한다. 실리콘과 실리카는 분산이 낮고 굴절률이 상대적으로 높기 때문에 더 짧은 파장에서 낮은 흡수를 지원합니다[8]. 마찬가지로 위상 출력은 외부 게이트 전압을 통해 제어할 수 있습니다.
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아 –b 주기의 변화 P x 그리고 피 와 λ에서 =1.5 μ 중. 아 전송 단계 및 b 투과율
y에 게이트 전압 바이어스 적용 -실리콘/그래핀 구조의 평면은 그림 7a와 같이 설계되었습니다. 순방향 바이어스 값과 역방향 바이어스 값 사이에서 게이트 전압을 전환함으로써 입사 LP 광은 산란광의 RCP 및 LCP 상태로 각각 동적으로 변환됩니다. 바이어스 전압은 전자의 페르미 속도를 제어합니다. ν F , 전자의 흐름 방향을 전환합니다. 또한 바이어스 전압은 그래핀의 캐리어 밀도를 변화시켜 전기 전도도와 유전율을 변화시킵니다. 이 구성에서 구조는 단위 면적당 정전 용량이 C인 준평행 플레이트 커패시터 모델을 형성합니다. , C로 정의 =ε 시 ε 0 /피 x , 여기서 ε 시 는 실리콘의 유전율입니다. 페르미 에너지 \(E_{F}~=~\hbar \nu _{F}\sqrt {\pi n_{s}}\)도 변조됩니다. 전하 밀도(n s ) 및 단위 면적당 정전 용량(C ) 게이트 전압을 통해 페르미 에너지를 스케일링합니다. 즉, n s =C V G /이 . 결과적으로 P x 그래핀의 캐리어 농도와 단위 면적당 커패시턴스를 모두 감소시킵니다. 그 결과 그림 7b와 같이 위상지연의 위치가 적색편이를 보이며 이는 중적외선의 섭동이론과 일치한다[35].
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아 게이트 전압 바이어싱을 통한 분극 상태의 실리콘/그래핀 스위칭의 개략도. ㄴ. 게이트 전압 바이어싱의 함수로 시뮬레이션된 위상차. ㄷ. 주기성 P의 함수로 표시된 위상차 x 및 게이트 전압. d. 스톡스 매개변수 S 3 서로 다른 게이트 전압에 의해 정의된 원형 편광의 두 가지 상태를 보여주는 스펙트럼
λ에서 =1.5 μ m, 원형 편광의 두 상태는 0과 1의 두 가지 이진 상태로 인코딩될 수 있습니다. 논리 상태 0은 역 전압 - 47.5V에 해당합니다. 논리 상태 1은 순방향 전압 47.5V에 해당합니다. , 도 7c에 도시된 바와 같이. 위상지연 Δ의 변화가 거의 없음 Φ ≈0°, 게이트 전압이 − 25 V일 때 관찰 가능 (그림의 검은 점선을 따라). 이 관찰은 − 47.5, − 25 및 47.5 V에서 위상 변화의 비선형 응답을 보여줍니다. , 그래핀이 캐리어 밀도와 게이트 전압의 변화로 인해 전도성이 높아짐에 따라 용량성 결합의 변화에 기인합니다. 근적외선의 다른 파장에 비해 1.5 μ m은 산란광의 원편광 상태를 전환하기 위한 최적점을 나타냅니다.
그림 7d에서 stokes 매개변수 S 3 는 게이트 전압 바이어싱의 결과로 원형 분극의 정도를 보여줍니다. − 1 및 1 한계는 각각 선형 상태에서 LCP 및 RCP 상태로의 이상적인 편광 변환을 나타냅니다. 파장 사이 λ =1.49 μ m 및 λ =1.52 μ m, 원형 편광의 정도가 1에 접근합니다(> 90% ) 두 상태 모두에 대해 QWP로 구조의 가장 적절한 작동 영역을 확인합니다.
그림 8a, b는 z의 위상 분포를 보여줍니다. 설계 파장 λ에서 계산된 전기장의 성분 =1.5 μ z에서 m =0. 전압이 47.5에서 − 47.5 V로 반전됨에 따라 분포가 이동합니다. . 그래핀의 전기 전도도와 캐리어 밀도의 변화는 실리콘 구조 주위에 갇힌 자기 모드의 회전을 초래합니다.
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전기장 성분 E의 위상 지도 z z에서 실리콘/그래핀 십자형 구조를 통해 =0 설계 파장 λ에서 계산됨 =1.5 μ m, a 게이트 전압이 V일 때 G =− 47.5 V , 및 b 게이트 전압이 V일 때 G =47.5 V
요약하면, 하이브리드 실리콘/그래핀 메타표면 편광 변환기의 복굴절 제어 가능성이 수치적으로 설계되었습니다. 갇힌 자기 모드와 높은 Q 계수는 그래핀과 실리콘을 통합하여 변조됩니다. 하이브리드 구조의 두 가지 구성이 표시되었습니다. 하나는 게이트 전압 바이어스가 있고 다른 하나는 바이어스가 없습니다. 전압 바이어스 구조에서는 게이트 전압의 역전을 통해 복굴절 성능을 나타낸다. 입사 LP 조명에서 역 바이어스 전압(- 47.5V)은 RCP 출력을 생성하고 순방향 바이어스 전압(47.5V)은 LCP 출력을 생성합니다. 따라서 동적 스위칭 성능이 달성됩니다. 자유 공간 구성의 경우 QWP 성능은 실리콘 치수와 그래핀의 페르미 준위를 조작하여 표시됩니다. 두 디자인 모두 그래핀이 없는 구조보다 더 안정적이고 더 넓은 대역폭을 얻을 수 있습니다. 디자인은 더 높은 수준의 편광 변환을 보여줍니다(>96%). ) 근적외선(λ =1.45 ~ 1.54 μ 중). 플라즈몬 메타표면과 달리 이러한 성과는 복사 및 저항 손실이 없는 고효율을 보여줍니다. 또한 구조가 작고 초박형 두께로 CMOS 및 광자 장치와의 호환성 및 통합에 적합합니다. 한편, 그래핀은 실현 가능하며 기판에 화학 기상 증착을 사용하여 성장시킬 수 있으며 실리콘 구조는 표준 리소그래피 방법을 사용하여 제작할 수 있습니다.
나노물질
초록 우리는 α를 기반으로 한 평면 모델 이종 접합을 제안합니다. -보로펜 나노리본 및 그 전자 수송 특성 연구. 우리는 각각 세 가지 유형의 이종 접합을 고려합니다. 각 유형은 두 개의 지그재그 가장자리 α로 구성됩니다. -보로펜 나노리본(Z α BNR), 하나는 수소 원자(1H-Z α)에 의해 보호되지 않거나 가장자리가 보호된 금속성입니다. BNR)이고 다른 하나는 2개의 수소 원자(2H-Z α)에 의해 보호된 가장자리로 반도체입니다. BNR) 또는 단일 질소 원자(N-Z α BNR). 비평형 Green의 기능과 결합된 첫 번
구성품 및 소모품 Arduino Nano R3 모든 arduino를 사용할 수 있지만 보호막은 나노용으로 제작되었습니다. × 1 전자석 12v 25mm 직경. × 1 선형 홀 효과 센서 49E 홀 효과 스위치를 사용하지 마십시오. × 1 달링턴 고전력 트랜지스터 팁 120 × 1 저항 1k 옴 × 1 1N4007 – 고전압, 고전류 정격 다이오드 × 1 전원 공급 장치 12V 1A × 1 브레드보드
