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基于磁激元效应的石墨烯-金属纳米结构近红外吸收研究

陈浩 张晓霞 王鸿 姬月华

基于磁激元效应的石墨烯-金属纳米结构近红外吸收研究

陈浩, 张晓霞, 王鸿, 姬月华
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  • 石墨烯作为一种单层碳原子二维材料,在可见光和近红外波段吸收率只有2.3%左右,这限制了石墨烯在光电探测、光电调制等领域的应用.本文基于纳米超材料结构的磁激元共振效应,设计了一种金属-绝缘层-金属-石墨烯混合二维浅光栅结构,通过设计混合二维浅光栅结构尺寸来改变石墨烯化学势,实现了石墨烯在近红外波段的吸收增强和调制.利用有限元仿真和等效电路模型,系统地分析了非正入射、结构参数和石墨烯化学势对吸收特性的影响.研究结果表明,混合二维浅光栅结构的磁激元共振效应可以明显提升石墨烯在近红外波段的吸收率,并且对入射角度和极化方向不敏感.在特定结构参数下,混合二维浅光栅结构在1480 nm处吸收率达到了85%,其中石墨烯的吸收率为55%,提升了24倍;通过调控石墨烯化学势从0.1 eV增大到1.0 eV,分别实现了不同结构尺寸下54.8%,50.3%,46.8%的反射率调制深度.
      通信作者: 张晓霞, xxzhang@uestc.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金重点项目(批准号:61435010)和国家自然科学基金创新研究群体科学基金(批准号:61421002)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-01-26
  • 修回日期:  2018-03-09
  • 刊出日期:  2018-06-05

基于磁激元效应的石墨烯-金属纳米结构近红外吸收研究

  • 1. 电子科技大学光电科学与工程学院, 电子薄膜与集成器件国家重点实验室, 成都 610054
  • 通信作者: 张晓霞, xxzhang@uestc.edu.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金重点项目(批准号:61435010)和国家自然科学基金创新研究群体科学基金(批准号:61421002)资助的课题.

摘要: 石墨烯作为一种单层碳原子二维材料,在可见光和近红外波段吸收率只有2.3%左右,这限制了石墨烯在光电探测、光电调制等领域的应用.本文基于纳米超材料结构的磁激元共振效应,设计了一种金属-绝缘层-金属-石墨烯混合二维浅光栅结构,通过设计混合二维浅光栅结构尺寸来改变石墨烯化学势,实现了石墨烯在近红外波段的吸收增强和调制.利用有限元仿真和等效电路模型,系统地分析了非正入射、结构参数和石墨烯化学势对吸收特性的影响.研究结果表明,混合二维浅光栅结构的磁激元共振效应可以明显提升石墨烯在近红外波段的吸收率,并且对入射角度和极化方向不敏感.在特定结构参数下,混合二维浅光栅结构在1480 nm处吸收率达到了85%,其中石墨烯的吸收率为55%,提升了24倍;通过调控石墨烯化学势从0.1 eV增大到1.0 eV,分别实现了不同结构尺寸下54.8%,50.3%,46.8%的反射率调制深度.

English Abstract

参考文献 (32)

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