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石墨烯基双曲色散特异材料的负折射与体等离子体性质

龚健 张利伟 陈亮 乔文涛 汪舰

石墨烯基双曲色散特异材料的负折射与体等离子体性质

龚健, 张利伟, 陈亮, 乔文涛, 汪舰
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  • 基于有效介质理论研究了石墨烯/介质周期结构的电磁性质, 研究发现这种复合结构的等频面在太赫兹和远红外波段为双曲线, 可用来实现石墨烯基双曲色散特异材料. 通过改变石墨烯的费米能级、介质层厚度和单元结构中石墨烯的层数, 可很容易地调节双曲色散存在的频段. 由于等频面的双曲色散特性, 石墨烯基双曲色散特异材料在远低于截止频率的范围内, 对斜入射的电磁波具有负的能量折射率和正的相位折射率, 并支持局域体等离子体模式. 基于衰减全反射结构, 研究了体等离子体的激发, 探索了体等离子体在可调的光学反射调制器中的应用.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 10904032, 11204068, 11405045)、河南省教育厅自然科学基金(批准号: 14A140011, 2012GGJS-060)、河南理工大学杰出青年基金(批准号: J2013-09)、河南理工大学创新型科研团队支持计划(批准号:T2015-3)和河南理工大学博士基金(批准号: B2009-92, B2009-61)资助的课题.
    [1]

    Smith D R, Schultz S 2003 Phys. Rev. Lett. 90 077405

    [2]

    Drachev V P, Podolskiy V A, Kildishev A V 2013 Opt. Express 21 15048

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    Argyropoulos C, Estakhri N M, Monticone F, Alú A 2013 Opt. Express 21 15037

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    Sreekanth K V, Luca A De, Strangi G 2013 Appl. Phys. Lett. 103 023107

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    Wood B, Pendry J B, Tsai D P 2006 Phys. Rev. B 74 115116

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    Kotynski R, Stefaniuk T 2010 Opt. Lett. 35 1133

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    Xiang Y J, Dai X Y, We S C, Fan D Y 2007 J. Appl. Phys. 102 093107

    [8]

    Zhukovsky S V, Kidwai O, Sipe J E 2013 Opt. Express 21 14982

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    Noginov M A, Barnakov A, Zhu G, Tumkur T, Li H Narimanov E E 2009 Appl. Phys. Lett. 94 151105

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    Grigorenko A N, Polini M, Novoselov K S 2012 Nature Photon. 6 749

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    Xie L Y, Xiao W B, Huang G Q, Hu A R, Liu J T 2014 Acta Phys. Sin. 63 057803 (in Chinese) [谢凌云, 肖文波, 黄国庆, 胡爱荣, 刘江涛 2014 物理学报 63 057803]

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    Iorsh I V, Mukhin I S, Shadrivov I V, Belov P A, Kivshar Y S 2013 Phys. Rev. B 87 075416

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    Zhang T, Chen L, Li X 2013 Opt. Express 21 20888

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    Tao H, Bingham C M, Strikwerda A C, Pilon D, Shrekenhamer D, Landy N I, Fan K, Zhang X, Padilla W J, Averitt R D 2008 Phys. Rev. B 78 241103(R)

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    Chen C F, Park C H, Boudouris B W, Horng J, Geng B, Girit C, Zettl A, Crommie M F, Segalman R A, Louie S G, Wang F 2011 Nature 471 617

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    Shi X L, Zheng S L, Chi H, Jin X F, Zhang X M 2013 Opt. Laser Technol. 49 316

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    Li J S 2013 Opt. Commun. 296 137

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出版历程
  • 收稿日期:  2014-06-25
  • 修回日期:  2014-10-16
  • 刊出日期:  2015-03-20

石墨烯基双曲色散特异材料的负折射与体等离子体性质

  • 1. 河南理工大学物理化学学院, 焦作 454000;
  • 2. 河南理工大学土木工程学院, 焦作 454000
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 10904032, 11204068, 11405045)、河南省教育厅自然科学基金(批准号: 14A140011, 2012GGJS-060)、河南理工大学杰出青年基金(批准号: J2013-09)、河南理工大学创新型科研团队支持计划(批准号:T2015-3)和河南理工大学博士基金(批准号: B2009-92, B2009-61)资助的课题.

摘要: 基于有效介质理论研究了石墨烯/介质周期结构的电磁性质, 研究发现这种复合结构的等频面在太赫兹和远红外波段为双曲线, 可用来实现石墨烯基双曲色散特异材料. 通过改变石墨烯的费米能级、介质层厚度和单元结构中石墨烯的层数, 可很容易地调节双曲色散存在的频段. 由于等频面的双曲色散特性, 石墨烯基双曲色散特异材料在远低于截止频率的范围内, 对斜入射的电磁波具有负的能量折射率和正的相位折射率, 并支持局域体等离子体模式. 基于衰减全反射结构, 研究了体等离子体的激发, 探索了体等离子体在可调的光学反射调制器中的应用.

English Abstract

参考文献 (32)

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