현탁된 단층 그래핀은 가시광선 및 적외선 대역에서 약 2.3%의 흡수율을 나타내어 광전자 응용 분야를 제한합니다. 그래핀의 흡수 효율을 크게 증가시키기 위해 이중층 그래핀 도파관에 결합된 실리콘 어레이를 포함하는 중적외선 영역에서 조정 가능한 이중 대역 및 편광에 둔감한 간섭성 완전 흡수체(CPA)가 제안되었습니다. FDTD 방법에 따라 이중 대역 완전 흡수 피크는 각각 9611 nm 및 9924 nm에서 달성됩니다. 또한, 중심 대칭 특성으로 인해 제안된 흡수체도 편광에 둔감함을 보여줍니다. 한편, 간섭성 흡수 피크는 두 개의 역 입사광 사이의 상대 위상을 변경하여 전체 광학적으로 변조될 수 있습니다. 또한, 2개의 그래핀 층의 페르미 에너지를 조작함으로써 2개의 일관된 흡수 피크가 넓은 스펙트럼 범위에서 이동할 수 있고, 우리가 설계한 CPA도 이중 대역 CPA에서 협대역 CPA로 변경할 수 있습니다. 따라서 우리의 결과는 중적외선 영역에서 작동하는 우수한 성능을 가진 나노광자 소자 개발 분야에서 몇 가지 잠재적인 응용을 찾을 수 있습니다.
나노포토닉스 및 광전자공학에 대한 중요한 문제로서, 효율적인 광물질 상호작용은 최근 몇 년 동안 특히 원자적으로 얇은 2차원(2D) 재료에 대한 우려를 널리 불러일으켰습니다[1, 2]. 전이금속 디칼코게나이드(TMDC)[3, 4], 그래핀[5,6,7,8,9], 육방정계 질화붕소[10], 흑린[11] 등과 같은 많은 보고가 입증되었습니다. . 원형 2D 재료로서 그래핀은 넓은(자외선에서 테라헤르츠) 파장 범위의 빛과 상호 작용할 수 있습니다. 그러나 자연적인 틈이 없는 원뿔형 전자 밴드 구조[12]로 인해 그래핀에서 빛의 흡수 효율은 약 2.3% 정도로 낮습니다. 다행히도 그래핀의 광학 밴드갭은 도핑 또는 다른 특별한 방법을 사용하여 열 수 있으며, 이는 테라헤르츠 및 적외선 대역에서 표면 플라즈몬 폴라리톤(SPP)의 여기를 초래합니다[13]. 그러면 그래핀에서 빛의 흡수 및 구속은 여기된 SPP로 인해 현저하게 강화될 수 있으며, 이는 그래핀과 빛 사이의 상호 작용 시간을 연장할 수 있다[14,15,16,17,18,19]. 따라서 그래핀 플라즈몬 소자는 흥미롭고 중요한 주제가 되었으며 흡수체[17, 18], 광학 필터[20], 센서[21], 변조기[22], 광검출기 등 다양한 분야에서 광범위한 연구가 입증되었습니다. [23, 24].
보다 구체적으로, 이러한 그래핀 기반 소자 중 광흡수체는 태양 에너지 포획 소자 및 이미터와 같은 첨단 광전자 소자 개발 분야에서 중요한 역할을 한다. 최근에는 그래핀의 고유한 특성으로 인해 그래핀을 기반으로 하는 일부 흡수체가 보고되고 있다. 게다가, 위에서 언급한 바와 같이, 이러한 흡수체의 대부분은 테라헤르츠 및 적외선 영역에 초점을 맞추고 있습니다. 왜냐하면 특수한 공정을 가진 그래핀은 SPP를 여기시켜 이러한 파장에서 강한 광-그래핀 상호작용을 유발할 수 있기 때문입니다[3]. 예를 들어, 그래핀을 기반으로 한 Luo et al. [25]는 광각 입사에서 만족스러운 성능을 유지할 수 있는 초협대역의 완벽한 흡수체를 제안했다. 참조에서 [16], 단층 그래핀을 메타물질에 임베딩함으로써 Xiao et al. EIT 아날로그가 테라헤르츠 영역에서 실현되었으며 그 공진 강도가 넓은 범위에서 유연하게 조작될 수 있음을 보여주었습니다. Jiang et al. [26]은 테라헤르츠 영역에서 패턴화된 그래핀을 기반으로 하는 광대역 흡수체를 설계, 제작 및 조사했으며 90% 이상의 흡수는 1.54~2.23THz에서 달성됩니다. 효과적이고 실현 가능한 방법으로 그래핀의 표면 플라즈몬을 조작하기 위해 Xia et al. 파장 이하 크기의 전도성 사인파 격자를 사용하여 실현할 수 있다고 제안했습니다[19].
중요한 것은 그래핀의 광학적 흡수를 제어하고 강화하는 또 다른 방법인 간섭성 완전 흡수체(CPA)가 전광학 변조 기능으로 인해 큰 주목을 받았다는 것입니다[27, 28]. 간섭 효과와 흡수의 상호 작용에 따라 CPA는 비선형성 없이 빛으로 빛을 조작할 수 있는 잠재적인 방법을 제공합니다. Y. D. Chong et al. 이론적으로 산란 매트릭스를 사용하여 CPA를 조사했습니다[29]. 오래지 않아 두 종류의 CPA가 실리콘 슬래브[30]와 평면 메타물질[31]에서 연속적으로 보고되었습니다. 최근에는 그래핀 기반 소자에서도 CPA가 집중적으로 연구되고 있다. 예를 들어, 중심대칭 금속-그래핀 나노구조와 결합, Y. Ning et al. [32]는 조정 가능한 편광에 둔감한 CPA를 조사하고 흡수가 유연하고 모든 광학적으로 그래핀의 페르미 에너지와 입사광 사이의 상대 위상에 의해 변조될 수 있음을 보여주었습니다. 서브파장 유전체 격자에서 유도 모드 공진을 포착함으로써 X. Feng et al. [33] 가시광선에서 적외선 영역까지 넓은 스펙트럼 범위에 적용될 수 있는 가변 그래핀 기반 CPA를 실현했습니다. Y.C. Fan et al. [34] 그래핀 나노리본 기반 메타표면을 중적외선 영역에서 CPA로 활용하고, 그래핀의 특성과 메타표면의 구조적 매개변수를 변경하여 이 CPA를 유연하게 조작할 수 있음을 보여주었다. 그러나 이중 대역 그래 핀 기반 CPA는 나노 광자 및 광전자 장치에도 큰 의미가 있지만 중적외선 영역에서는 거의 조사되지 않습니다. 또한 조정성을 향상시키는 방법도 듀얼 밴드 CPA가 직면한 과제입니다.
이 논문에서 우리는 이중층 그래핀 도파관에 결합된 실리콘 어레이를 포함하는 중적외선 대역에서 조정 가능한 이중 대역 및 편광에 둔감한 CPA를 설계하고 연구합니다. 설계된 CPA의 물리적 메커니즘은 산란 매트릭스에 의해 분석됩니다. 한편, 제안하는 CPA의 특징은 FDTD(Finite-Difference Time-Domain) 시뮬레이션을 통해 입증된다. 입사광이 실리콘 어레이에 조명되면 유도 모드 공명 메커니즘으로 인해 이중 연속 그래 핀 필름의 플라즈몬 공명이 나타날 수 있으므로 이들 사이의 결합 효과는 완벽한 이중 대역 흡수 피크를 초래합니다. 이는 각각 9611 nm 및 9924 nm에서 달성됩니다. 또한, 중심 대칭 특성으로 인해 제안된 흡수체도 편광에 둔감함을 보여줍니다. 또한, 보고된 그래핀 기반 흡수체는 대부분 정전기장, 자기장, 화학적 도핑 등을 통해 그래핀의 특성을 변화시키는 것만으로 조작되는데, 이는 추가적인 손실의 원인이 되고 소자를 더욱 복잡하게 만든다. 제안된 CPA의 경우 간섭성 흡수는 두 개의 역 입사광 사이의 상대 위상을 변경하여 전체 광학적으로 변조될 수 있으며, 이는 흡수체의 조정성을 향상시키고 구조의 복잡성을 증가시키지 않습니다. 한편, 2개의 그래핀 층의 페르미 에너지를 조작함으로써 2개의 일관된 흡수 피크가 넓은 스펙트럼 범위에서 이동할 수 있으며, 우리가 설계한 CPA도 이중 대역 CPA에서 협대역 CPA로 변경할 수 있습니다. 따라서 우리의 연구는 스위치, 전광학 논리 장치 및 간섭성 광검출기를 포함하는 잠재적인 응용 분야에 대한 편의성과 감도를 갖춘 매우 유망한 방법을 제공합니다.
도 1에 도시된 바와 같이, 실리카 기재 상에 2개의 연속 그래핀 필름이 있으며, 이들은 실리카 층에 의해 분리된다. 한편, 실리콘 어레이는 상부 그래핀 필름의 상부에 위치한다. 여기서 길이(x -방향) 및 너비(y -방향) 배열의 모든 실리콘 정사각형은 모두 w로 설정됩니다. =80 nm, 그림 1c에 표시된 대로. 한편, x의 실리콘 제곱의 두 기간은 -방향 및 y -방향은 p입니다. =160nm, 두께(z 방향) 실리콘 사각형의 h =100nm. 또한, 실리카 스페이서와 기판의 두께는 d 1 =75nm 및 d 2 =각각 150nm입니다. 나 1 그리고 나 2 , 2개의 간섭성 입사광이 그림 1a와 같이 반대 방향에서 제안된 CPA에 동시에 조사됩니다. 나의 관계 1 그리고 나 2 나입니다 2 =αI 1 exp(iφ + 이크즈 ), 여기서 α , φ , 및 z I 사이의 상대 진폭, 위상차 및 위상 기준점입니다. 1 그리고 나 2 , 각각. 오 1 그리고 O 2 제안된 CPA의 하단과 상단에서 산란되는 비상 조명입니다. 또한 두 그래핀 필름의 두께는 시뮬레이션에서 모두 0.34 nm로 설정되었으며 두 그래핀 필름의 전도도는 모두 다음과 같이 로컬 랜덤 위상 근사값 내에서 계산됩니다[35].
$$ \sigma \left(\omega \right)=\frac{ie^2{\kappa}_BT}{\pi {\mathrm{\hslash}}^2\left(\omega +i{\tau}^ {-1}\right)}\left[\frac{E_f}{\kappa_BT}+2\ln \left({e}^{-\frac{E_f}{\kappa_BT}}+1\right)\right ]+\frac{ie^2}{4\pi \mathrm{\hslash}}\ln \left[\frac{2{E}_f-\left(\omega +i{\tau}^{-1} \right)\mathrm{\hslash}}{2{E}_f+\left(\omega +i{\tau}^{-1}\right)\mathrm{\hslash}}\right] $$ (1)여기서 T =300K는 실온이고 E f 페르미 에너지이다. 한편, 고유 이완 시간은 \( \tau =\mu {E}_f/\mathrm{e}{\upsilon}_f^2 \)로 설명되며, 여기서 υ f 는 페르미 속도이고 μ =10000cm 2 V −1 s −1 캐리어 이동성입니다. 제안된 구조에서 상부 및 하부 그래핀 필름의 페르미 에너지는 E로 가정됩니다. f 1 =0.66eV 및 E f 2 =0.31eV , 각각.
<그림>
아 듀얼 밴드 그래핀 기반 완전 흡수체의 개략도. ㄴ 치수가 지정된 측면도. ㄷ 치수가 지정된 평면도
시뮬레이션에서는 수치 계산을 위해 3D FDTD 방법을 사용합니다. 한편, 주기적인 경계 조건은 x를 따라 적용됩니다. - 그리고 y -방향 및 완벽하게 일치하는 레이어가 z를 따라 적용됩니다. - 제안된 장치의 상단과 하단을 모두 포함하는 방향. 또한, 시뮬레이션 결과를 계산하기 위해 불균일한 메쉬를 사용합니다. 여기에서 그래핀 층 내부의 최소 메쉬 크기는 0.1 nm이고 그래핀 필름 외부에서 점진적으로 증가하여 저장 공간과 계산 시간을 줄입니다.
첫째, 물리적 메커니즘을 명확하게 설명하기 위해 하나의 입사빔 I의 일반 조명 하에서 제안된 CPA의 흡수를 조사합니다. 1 z에서 -방향. 그래핀 기반 CPA는 대칭 환경에 있으므로 결합된 반사 및 투과 계수는 r =η 그리고 t =1 + η , 각각 η 는 그래핀 하이브리드 도파관과 관련된 일관된 진폭입니다. 따라서 흡수는 A로 유도됩니다. =1 − |r | 2 − |그 | 2 =− 2η 2 − 2η . 최대 흡수 조건은 ∂A입니다. /∂η =0 (∂A 2 /∂η 2 는 실수이고 음수임) \( \eta =-\frac{1}{2} \)를 얻습니다. 그러면 최대 흡수 한계는 A입니다. 최대 =0.5. 시뮬레이션에서 하나의 입사 빔 I 1 유도 모드 공명 메커니즘을 위한 실리콘 어레이를 통해 입사광에 의해 나타나는 이중 그래핀 필름의 플라즈몬 공명으로 인해 제안된 흡수체에 수직으로 조명이 들어오면 이중 그래핀 필름 사이의 결합 효과가 이중 그래핀 필름으로 이어집니다. - 밴드 흡수 피크, 그림 2에 나와 있습니다. 그러나 두 흡수 피크는 모두 0.5 미만으로 흡수 한계와 일치합니다.
<그림>
페르미 에너지 E를 갖는 제안된 그래핀 기반 흡수체의 반사(R), 투과(T) 및 흡수(A) 스펙트럼 f 1 =0.66 eV 및 E f 2 =0.31 eV 단 하나의 입사 광선 I 1 z에서 방향
그러면 나 1 그리고 나 2 반대 측면에서 제안된 구조에 수직으로 입사하는 개략도는 그림 1a에 나와 있습니다. 한편, O 1 그리고 O 2 또한 제안된 CPA의 하단과 상단에서 나오는 비상 조명의 강도로 가정할 수도 있습니다. 입사광과 비상광 사이의 관계는 산란 매트릭스로 설명됩니다.
$$ \left[\begin{array}{c}{O}_2\\ {}{O}_1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{r}_{ 11}&{t}_{12}\\ {}{t}_{21}&{r}_{22}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{I }_1\\ {}{I}_2\end{array}\right] $$ (2)일관성 없는 흡수 한계가 충족될 때(즉, r 11 =r 22 =− 0.5 및 t 12 =그 21 =0.5), I 관계를 고려하여 2 =αI 1 exp(iφ + 이크즈 ) z =0, 일관된 흡수 A 공동 제안된 그래핀 기반 CPA는 [36]으로 표현됩니다.
$$ {A}_{\mathrm{co}}=1-\frac{{\left|{O}_1\right|}^2+{\left|{O}_2\right|}^2}{ {\left|{I}_1\right|}^2+{\left|{I}_2\right|}^2}=1-\frac{1+{\alpha}^2-2\alpha \cos \left(\varphi \right)}{2\left(1+{\alpha}^2\right)} $$ (3)따라서 식에 따르면 (3), A 공동 α를 변경하여 조작할 수 있습니다. 및 φ . 특히 α인 경우 =1, A 공동 최소 A부터 조정할 수 있습니다. 공동 − 분 =0에서 최대값 A co − max =1 일 때 φ (2N에서 다양) + 1)π 2Nπ로 .
그림 3과 같이 φ가 두 개의 입사광일 때 =0 및 α =1은 제안된 구조에서 간섭적으로 조명되며, 이중 대역 완벽한 흡수 피크는 λ에서 달성될 수 있습니다. 1 =9611nm 및 λ 2 =9924 nm. 또한, 하나의 입사빔만 조사했을 때의 흡수와 비교하여 제안된 그래핀 기반 CPA의 흡수가 크게 향상되었습니다. 중심 대칭 특성으로 인해 제안된 CPA는 또한 편광에 둔감함을 보여줍니다. 그림 3과 같이 p 또는 s 편광, 흡수 스펙트럼은 동일하게 유지됩니다.
<그림>
단 하나의 입사빔(빨간색 곡선)의 조명과 p의 간섭성 조명 하에서 제안된 그래핀 기반 흡수체의 흡수 스펙트럼 편광(파란색 곡선) 및 s 편광(검은색 곡선)
제안된 CPA의 특징을 명확하게 보여주기 위해 흡수 피크 파장에서 이중층 그래핀 도파관 주변의 자기장을 설명합니다. 그림 4a, b에 설명된 바와 같이 두 그래핀 층 주변의 자기장이 모두 모여 흡수 피크의 파장에 포획됩니다. 그러나 상부 그래핀 필름의 경우 자기장은 주로 실리콘 사각형과 상부 그래핀 필름 사이에 국한되며, 이는 국부 플라즈몬 모드에 해당합니다. 또한 상부 그래핀 필름 아래에 또 다른 그래핀 필름이 추가되면 가이드 모드 공진으로 인해 광 에너지가 상부 레이어에서 하부 레이어로 전달됩니다. 그러면 상부 그래핀 층과 하부 그래핀 층 사이의 결합 효과가 제안된 구조에서 광학 필드를 향상시키고 빛 에너지를 집중시켜 그림 3과 같이 이중 대역 흡수 피크를 유도한다. 한편, 9000 nm의 파장에서는 그림 4c에서 볼 수 있듯이 공명 파장에서 멀리 떨어져 있기 때문에 두 개의 그래핀 필름을 둘러싸는 강화된 광학 필드가 거의 없습니다.
<사진>
제안된 그래핀 기반 CPA(a ) λ1에서 =9611 nm, (b ) λ2 =9924 nm 및 (c ) λ3 =9000 nm
다음으로, 전광 변조 특성을 표시하기 위해 서로 다른 위상차 φ를 갖는 제안된 흡수체의 간섭성 흡수를 보여줍니다. , 그림 5와 같이. 한편, 상대 진폭 α 간섭성 입사광의 수는 1로 설정하고 다른 구조적 매개변수는 그림 1과 동일하게 유지합니다. φ를 증가시켜 그림 5a, b에 도시된 바와 같이 0에서 π까지 9611 nm와 9924 nm의 두 흡수 피크는 각각 0.982와 0.993에서 거의 0으로 연속적으로 감소합니다. 따라서 변조 대비는 서로 다른 φ를 갖는 2개의 간섭성 흡수 피크에서 34.8 dB 및 35.2 dB만큼 높을 수 있습니다. , 이는 상당한 전광 변조 특성을 보여줍니다.
<그림>
a 피크에서 위상차가 다른 제안된 CPA의 흡수 λ1 =9611 nm 및 b λ2 =9924 nm, 각각
다음에서 연속 경계 조건 및 Maxwell 방정식과 결합된 4개의 레이어(실리콘 어레이-그래핀 도파관/실리카 레이어/그래핀 필름/실리카 기판) 시스템에 대해 분산 관계는 [37]로 표현될 수 있습니다.
$$ \exp \left(-2{k}_2{d}_1\right)=\frac{1+\frac{\varepsilon_2{k}_1}{\varepsilon_1{k}_2}}{1-\frac {\varepsilon_2{k}_1}{\varepsilon_1{k}_2}}\bullet \frac{\left(1+\frac{\varepsilon_2{k}_3}{\varepsilon_3{k}_2}\right)\left (1+\frac{\varepsilon_3{k}_4}{\varepsilon_4{k}_3}\right)+\left(1-\frac{\varepsilon_2{k}_3}{\varepsilon_3{k}_2}\right )\left(1-\frac{\varepsilon_3{k}_4}{\varepsilon_4{k}_3}\right)\exp \left(-2{k}_3{d}_g\right)}{\left( 1-\frac{\varepsilon_2{k}_3}{\varepsilon_3{k}_2}\right)\left(1+\frac{\varepsilon_3{k}_4}{\varepsilon_4{k}_3}\right)+ \left(1+\frac{\varepsilon_2{k}_3}{\varepsilon_3{k}_2}\right)\left(1-\frac{\varepsilon_3{k}_4}{\varepsilon_4{k}_3}\ 오른쪽)\exp \left(-2{k}_3{d}_g\right)} $$ (4)여기서, ε 나 그리고 k 나 (나 =1, 2, 3, 4)는 실리콘 어레이-그래핀 도파관(i =1), 실리카 층(i =2), 그래핀 필름(i =3) 및 실리카 기질(i =4), 각각. d g 그래핀의 두께이다. 따라서 두 그래핀 필름의 페르미 에너지를 적절하게 조작함으로써 두 그래핀 필름이 유지하는 플라즈몬 모드의 특성을 상당히 독립적으로 제어할 수 있습니다. 그림 6a, b에서 볼 수 있듯이 제안된 CPA의 흡수 스펙트럼은 하층 또는 상층 그래핀 필름의 페르미 에너지를 변경하여 유연하고 개별적으로 조작할 수 있습니다. 페르미 에너지가 E일 때 f 1 상층 그래핀의 페르미 에너지는 변하지 않고 E f 2 하부층 그래핀의 0.31에서 0.27 eV로 감소, λ에서의 흡수 피크 1 λ에서 흡수 피크가 빨간색으로 이동하고 값을 거의 변경하지 않고 유지합니다. 2 E 아래에서 빠르게 감소하고 심지어 사라집니다. f 2 =0.27 eV, 그림 6a에 표시된 대로. 반대로 E일 때 f 2 0.31에서 0.37 eV로 증가, λ에서의 흡수 피크 1 빠르게 감소하고 E 아래에서 거의 사라집니다. f 2 =0.37 eV, λ에서 흡수 피크 2 파란색으로 이동하고 값을 거의 변경하지 않은 상태로 유지합니다. 따라서 이중 대역에서 제안하는 완전 흡수체는 E를 별도로 변경하여 협대역 완전 흡수체로 변경할 수 있습니다. f 2 . 반면에 E f 2 변경되지 않고 E f 1 0.62에서 0.72 eV로 증가하면 두 흡수 피크 모두 청색으로 이동하고 넓은 파장 범위에서 값을 거의 변경하지 않고 유지하여 상당히 조정 가능한 특성을 보여줍니다. 이산 그래핀 패턴을 기반으로 하는 다른 흡수체와 비교할 때 제안된 CPA의 두 그래핀 필름이 연속적인 형태로 되어 있어 우수한 tunability를 얻기에 더 편리합니다.
<그림>
a의 파장 및 페르미 준위의 함수로서의 흡수 스펙트럼 하층 그래핀 및 b 상층 그래핀. 다른 구조적 매개변수는 그림 1과 동일합니다.
또한, 우리는 그림 7과 같이 제안된 CPA의 광 흡수에 대한 서로 다른 구조 매개변수의 영향을 조사합니다. 실리콘 사각형의 너비. 따라서 그림 7a와 같이 w 증가하면 이중 대역 흡수 피크는 모두 국소 플라즈몬 모드의 유효 공명 파장의 증가로 인해 적색 편이됩니다. 또한, 채우기 계수는 w로 증가합니다. , 이것은 인접한 실리콘 정사각형과 내부 그래핀 사이의 전계 강화 및 집중의 강도를 더욱 강화합니다. 따라서 흡수 효율은 먼저 w로 증가합니다. . 그러나 충전 계수가 계속 증가하면 그래핀의 너무 많은 영역이 실리콘 사각형으로 덮일 것입니다. 결과적으로 흡수 효율은 w가 증가함에 따라 계속해서 감소합니다. 그러면 그림 7b와 같이 p가 증가함에 따라 흡수 피크도 눈에 띄게 빨간색으로 이동합니다. , 국부 플라즈몬 모드의 공진 파장이 커지기 때문입니다. 또한, 하부 그래핀이 지지하는 플라즈몬 모드의 공진 주파수는 분리 거리 d 1 . 그림 7c와 같이 d일 때 1 증가하면 상층과 하층 공진 모드 사이의 근거리 커플링 강도가 점점 더 약해져서 이중 대역 흡수 피크가 결국 하나의 피크로 변질됩니다. 한편, 다른 유전체 어레이를 사용하여 제안된 CPA의 흡수도 조사합니다. 그림 7d와 같이 TiO2 여부에 따른 듀얼 밴드 CPA의 성능 배열(n T =2.9) 또는 GaSb 어레이(n G =3.8)은 실리콘 어레이가 있는 것보다 좋지 않습니다. 또한, 유전체 어레이의 굴절률이 증가함에 따라 흡수 피크의 파장이 적색 편이된다는 점에 주목할 가치가 있습니다.
<그림>
a가 다른 제안된 CPA의 광 흡수 피 , b 와 , ㄷ d 1 , 및 d 각각 다른 유전체 어레이. 다른 매개변수는 그림 2와 동일합니다.
앞서 언급한 바와 같이, 대부분의 보고된 그래핀 기반 완전 흡수체는 편광에 민감하고 협대역 또는 광대역 완전 흡수체에 초점을 맞추며, 이중 대역 그래핀 기반 완전 흡수체는 중적외선 영역에서 거의 조사되지 않습니다. 이 논문에서는 중적외선 영역에서 조정 가능한 이중 대역 및 편광에 둔감한 CPA를 설계했으며, 이중 대역 완전 흡수 피크가 각각 9611 nm 및 9924 nm에서 달성되었습니다. 또한, 중심 대칭 특성으로 인해 제안된 CPA도 편광에 둔감합니다. 한편, 간섭성 흡수 피크는 두 개의 역 입사광 사이의 상대 위상을 변경하여 전체 광학적으로 변조될 수 있습니다. 또한 두 그래핀 층의 페르미 에너지를 조작하여 두 개의 일관된 흡수 피크를 넓은 스펙트럼 범위에서 이동할 수 있으며 설계된 CPA도 이중 대역 CPA에서 협대역 CPA로 변경할 수 있습니다. 한편, 제안된 CPA의 경우, 실리콘 정사각형을 기반으로 하는 서브파장 메타물질이 현재 CMOS 기술에 통합될 수 있으며, CVD(Chemical Vapor Deposition) 성장 그래핀은 표준 전송 기술을 사용하여 실리카 층 위로 전송할 수 있습니다[38]. 또한, 패턴화된 그래핀 기반 장치와 비교하여 우리의 구조는 그래핀을 연속적인 형태로 유지하므로 그래핀의 높은 이동성을 유지하고 제조 공정 및 도핑 구성을 단순화하는 이점이 있습니다. 최근 몇 년 동안 일부 연구 그룹에서는 위의 방법을 기반으로 실험에서 일부 그래핀 기반 장치를 설계하려고 시도했습니다[39,40,41]. 따라서 우리는 제안된 구조를 유사한 공정으로 제작할 수 있다고 믿으며 제안된 그래핀 기반 CPA는 중적외선 영역에서 나노 광자 소자 개발 분야에서 몇 가지 잠재적인 응용을 찾을 수 있습니다.
이 연구 동안 생성되거나 분석된 모든 데이터는 이 출판된 기사에 포함됩니다.
2차원
일관된 완벽한 흡수제
유한 차분 시간 영역
인듐 주석 산화물
표면 플라즈몬 극성
전이금속 디칼코게나이드
나노물질
초록 광 포획은 광활성 영역에서 광 흡수를 증가시킬 뿐만 아니라 매우 적은 재료로 효율적인 흡수를 허용하기 때문에 초박형 태양 전지의 중요한 성능입니다. 반도체-나노 안테나는 빛의 포획을 향상시키고 태양 에너지의 전달 효율을 높이는 능력이 있습니다. 이 작업에서 우리는 갈륨 비소(GaAs) 나노 안테나를 기반으로 하는 태양열 흡수 장치를 제시합니다. 468~2870 nm 범위의 파장에서 거의 완벽한 빛 흡수(90% 이상)가 달성되어 태양 복사에 대한 초광대역 및 거의 단일 빛 포획을 보여줍니다. 최대 61.947 mA/cm2의 높
초록 삼중 흡수 피크를 가진 초박형 및 유연한 메타물질 흡수체(MA)가 이 백서에 나와 있습니다. 제안된 흡수체는 각각 99.9%, 99.5%, 99.9%의 흡수율로 8.5, 13.5, 17GHz(X 및 Ku 대역)에 3개의 흡수 피크가 위치하도록 설계되었습니다. 제안된 구조는 두께가 0.4mm에 불과하며 다양한 대역에서 흡수 주파수의 각 자유 공간 파장에 대해 약 1/88, 1/55 및 1/44입니다. MA는 대칭 기하학으로 인해 둔감합니다. 또한, 제안된 구조는 60° 입사각 내에서 최소 86% 흡수(TE 입사)를 나타냅니다.
