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    我校太赫茲科學技術及應用創新團隊在《Carbon》上發表最新研究成果

    發布時間:2021-08-19  來源:   查看:

    近日,我校太赫茲科學技術及應用創新團隊在太赫茲調制器方面的研究工作取得最新進展,相關工作發表在國際頂級期刊《Carbon》上,論文題目為《Frequency-dependent ultrasensitive terahertz dynamic modulation at the Dirac point on graphene-based metal and all-dielectric metamaterials》。團隊青年教師姚海云博士、閆昕博士為文章的共同第一作者,團隊帶頭人梁蘭菊教授、聯合培養研究生楊茂生博士為文章的通訊作者,棗莊學院為第一署名單位。

    太赫茲波(Terahertz, 1THz=1012Hz)是指頻率為0.1-10 THz范圍內的電磁波,具有寬帶性、能量低、高透性、指紋性等獨特特性,在6G寬帶通信、軍事雷達、醫學成像、無損檢測等領域顯現出廣闊的應用前景。但是隨著太赫茲應用的需求,除了太赫茲輻射源功率、探測器、靈敏度等問題之外,太赫茲波高效調控也是影響太赫茲應用的瓶頸之一。尤其是近年來太赫茲通信技術憑借其豐富的頻譜資源以及高通信速率特點在無線通信領域表現出明顯優勢,太赫茲調制器作為系統中的關鍵部件因而備受關注。因此對太赫茲進行高效調控的研究具有重要的學術意義和應用價值。

    團隊結合石墨烯、超構材料各自優勢,構建了三種復合型石墨烯太赫茲超構材料,通過在超構材料上施加連續激光和偏置電壓致使石墨烯的準費米能級在狄拉克點、導帶和價帶之間移動,實現對太赫茲波的高效調制。

    (1)制備石墨烯和金屬超表面集成的調制器,在x偏振方向上,當外加激光的光通量是111.2mW/cm2,調制深度達到181%;外加偏壓達到6.5v時,調制深度達到210%。在y偏振方向上,當外加激光的光通量是110.9mW/cm2,頻率偏移達到248 GHz;外加偏壓達到6.5v時,調制深度達到225 GHz。

    (2)制備石墨烯薄膜與二氧化硅集成的調制器,當外加激光的光通量是110.9 mW/cm2,調制深度達到24%;在費米能級接近狄拉克點,偏壓0.05v時,調制深度達到88 %。同時得到在0.2-2THz范圍,調制深度具有頻率依賴性。

    (3)制備石墨烯和全介質超表面集成的調制器,當外加激光的光通量是95.6 mW/cm2,調制深度達到87%;外加偏壓達到3.5v時,其調制深度達到346 %,突破調制效率低瓶頸。

    C9BC

    圖1:3種調制器結構以及調制機理示意圖

    該研究工作得到了國家自然科學基金(61701434, 61735010, 61675147)、山東省高等學院校優秀青年創新團隊(2019KJN001)、泰山學者青年專家(tsqn201909150)等項目的支持。

    太赫茲科學技術及應用創新團隊2019年被評為山東省高等學校優秀青年創新團隊。在我校特聘院士姚建銓教授的指導下,團隊自成立以來就精準對接國家、省、市新一代信息技術經濟社會發展需求,加快太赫茲通信等關鍵技術研究。團隊依托山東省院士專家工作站、山東省光電信息處理與顯示重點實驗室等科研平臺,加大人才引進,加強聯合研究生培養,聚集了一批具有良好學術道德、較強創新能力和發展潛力的海內外青年教師。團隊負責人梁蘭菊教授,重視青年教師培養,畢業于法國雷恩國立應用科學學院的姚海云博士加入團隊一年,在科研創新方面取得較大進步,團隊一批優秀博士脫穎而出,近年來,在太赫茲通信、太赫茲生物醫學檢測、太赫茲微納光電子器件等方面培養泰山學者青年專家1名,校青檀學者4人,發表高質量論文30余篇,其中1篇入選ESI前1%,獲批國際發明專利4項,中國發明專利6項,PCT專利1項,實現成果轉化100余萬元,獲批省部級以上科研項目6項。

    文章鏈接網址:

    https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0008622321008150

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