采用导模共振激发表面等离子体波的石墨烯

石墨烯表面等离激元石墨烯是一种由碳原子形成的二维晶体结构材料，它具有许多独特的物理和化学性质。

在石墨烯表面上，可以发生一种特殊的现象，称为等离激元。

等离激元是光与电子在金属或半导体表面上共振耦合的一种现象。

石墨烯表面的等离激元在材料科学和纳米技术领域中具有广泛的应用前景。

石墨烯表面的等离激元可以通过激发表面等离子体来实现。

当光射入石墨烯表面时，它会与表面上的电子相互作用，激发出等离子体波。

这种等离子体波可以在石墨烯表面上传播，并与光场相互作用。

这种相互作用可以导致光的局域化和增强，从而增加光与物质的相互作用强度。

这对于光电子学、传感器、光学器件等领域具有重要意义。

石墨烯表面的等离激元还可以用于表面增强拉曼散射（SERS）技术。

SERS技术是一种能够增强物质的拉曼散射信号的技术，可以用来检测微量的物质。

石墨烯表面的等离激元可以增强拉曼散射信号，使得SERS技术更加灵敏和可靠。

这对于生物医学、环境监测和食品安全等领域的应用具有重要意义。

石墨烯表面的等离激元还可以用于太阳能电池。

等离激元可以将光能转化为电能，从而提高太阳能电池的效率。

石墨烯作为一种优良的电导体，可以用于制备高效的太阳能电池。

石墨烯表面的等离激元可以增强太阳能电池对光的吸收和转化效率，从而提高太阳能电池的性能。

除了上述应用外，石墨烯表面的等离激元还可以用于纳米光子学、光子晶体和光学超材料等领域。

石墨烯的二维结构和优异的电子输运性质为等离激元的研究和应用提供了良好的平台。

石墨烯表面的等离激元可以用于设计和制备新型的光学器件和纳米材料，具有潜在的突破性应用。

石墨烯表面的等离激元在材料科学和纳米技术领域具有广泛的应用前景。

它可以用于光电子学、传感器、光学器件、SERS技术、太阳能电池、纳米光子学和光学超材料等领域。

通过研究和应用石墨烯表面的等离激元，我们可以深入理解光与物质的相互作用，推动材料科学和光学技术的发展。

石墨烯增强铝基复合材料的研究进展1. 引言1.1 石墨烯增强铝基复合材料的研究背景石墨烯是一种二维晶格结构的碳原子薄膜，由于其独特的物理、化学和力学性质，被认为是一种具有巨大潜力的新型材料。

石墨烯具有极高的导热性、机械强度和化学稳定性，因此在材料科学领域备受关注。

铝及其合金由于具有较低的密度和良好的加工性能，在航空航天、汽车工业等领域有着广泛的应用。

传统铝材料在强度和硬度方面存在一定局限性。

为了克服传统铝材料的缺点，研究者们开始探索引入石墨烯来增强铝基复合材料。

石墨烯的加入不仅可以提高复合材料的力学性能，还可以优化其导热和电导特性。

石墨烯增强铝基复合材料成为当前研究的热点之一。

通过将石墨烯与铝基材料进行复合，可以有效提高材料的强度、硬度和耐磨性，同时减轻材料的重量，提高材料的导热性能。

石墨烯增强铝基复合材料被认为具有广阔的应用前景，对于推动材料科学领域的发展具有重要意义。

【字数：220】1.2 石墨烯在材料科学中的应用潜力1. 电子器件：石墨烯具有优异的电子输运性能，高载流子迁移率和高电导率，使其成为理想的电子器件材料。

石墨烯可以应用于场效应晶体管、光电探测器、透明导电膜等领域，为电子器件的性能提升提供了新的可能性。

3. 柔性电子：由于石墨烯的柔韧性和透明性，可将其应用于柔性电子领域，如柔性显示器、柔性传感器、可穿戴设备等。

石墨烯材料的应用为柔性电子产品带来了更广阔的发展空间。

石墨烯在材料科学中的应用潜力巨大，其优异的性能和特殊的结构使得其可以在多个领域发挥重要作用，推动材料科学的发展和创新。

对石墨烯的研究不仅有助于拓展其应用领域，还将促进整个材料科学领域的进步和发展。

2. 正文2.1 石墨烯增强铝基复合材料的制备方法石墨烯增强铝基复合材料的制备方法主要包括机械合金化、粉末冶金、湿法涂覆、化学气相沉积以及熔体混合等几种方法。

机械合金化是其中一种常用的方法，通过球磨或挤压将石墨烯与铝粉进行混合，使二者在微观层面有所聚集和弥散，从而增加界面结合强度。

石墨烯等离基元研究背景及意义自上世纪60年代以来，集成电路技术取得了飞速的发展。

作为电子及其他相关行业的核心技术，集成电路的研究一直按照“摩尔定律”预言发展。

“摩尔定律”是指每隔约18~24个月，集成电路单个芯片上的晶体管数目将增加1倍，集成电路中最细刻线的宽度减小0.7倍[1]。

集成电路已从上世纪60年代每个芯片上只有几十个器件发展到现在每个芯片上可包含10亿个以上的器件。

图1.摩尔定律尽管CPU的数据处理能力伴随着不断提高的晶体管集成度而日益增强，总线的数据传输速率却不能满足CPU的数据处理需求。

为了克服电子互联的有限带宽和在数据传输速率方面的局限，充分发挥电子系统在现代信息处理中的作用，就需要研制能够工作在纳米尺度、且可同时实现高速传输的信息载体。

从物理角度来看，与电子相比，光子具有更多的优势，比如光子无静止质量，光子不带电荷，从而光子的传输无电磁串扰等问题；光子是玻色子，因而无需遵守泡利不相容原理；光子具有振幅、频率、相位、偏振等多种有利于检测的状态等。

因此，利用光子作为信息传输的载体，也就具有电子无法比拟的优势, 如高带宽、高密度、高速率、低耗散、抗干扰、可并行处理等，从而适于大容量高速率的信息传输和处理。

目前，基于光子技术的通信网络技术已得到广泛应用。

在计算处理器之间的通信网络中使用光纤代替电缆作为系统间的互联，已被证明可以极大的改善信息传输带宽和传输距离。

进一步，如果将光子器件和电子器件集成在同一芯片上，则可以克服电子互联技术在传输速率和能耗等方面的现有瓶颈，从而极大的改善器件的性能。

而对于芯片级的光子和电子器件的集成而言，首先需要解决的难题就是如何实现电子元件与光学器件的尺寸匹配。

传统的光子器件主要基于折射率差别很小的介电材料。

这些低折射率差光波导一般通过掺杂等工艺，使得波导的芯层折射率略高于包层折射率。

对于这一类波导，基于全反射原理，满足一定条件的光波将被限制在芯层部形成导波模式向前传播。

石墨烯光电子器件的应用研究进展李绍娟;甘胜;沐浩然;徐庆阳;乔虹;李鹏飞;薛运周;鲍桥梁【摘要】自2004年被发现以来，石墨烯因其卓越的光学和电学性能及其与硅基半导体工艺的兼容性，备受学术界和工业界的广泛关注。

作为一种独特的二维原子晶体薄膜材料，石墨烯有着优异的机械性能、超高的热导率和载流子迁移率、超宽带的光学响应谱及极强的非线性光学特性，使其在新型光学和光电器件领域具有得天独厚的优势。

一系列基于石墨烯的新型光电器件先后被研制出，已显示出优异的性能和良好的应用前景。

此外，近期石墨烯表面等离子体激元的发现及太赫兹器件的研究进一步促进了石墨烯基光电器件的蓬勃发展。

综述重点总结近年来石墨烯在超快脉冲激光器、光调制器、光探测器以及表面等离子体领域的应用研究进展，并进一步分析目前所面临的主要问题、挑战及其发展趋势。

%Graphene has very significant optical and electronic properties, which attract enormous attention. As a unique two-di-mensional crystal with one atom thickness, it has high electron and thermal conductivities in addition to ? exibility, robustness and impermeability to gases. Its ultra-broad band optical response and excellent non-linear optical properties make it a wonderful material for developing next generation photonic and optoelectronic devices. The fabrication of graphene-based devices is compatible with the existing semiconductor process, which has stimulated lots of graphene-based hybrid silicon-CMOS ( Complementary metal-oxide-semiconductor transistor) applications. Here we review the latest progress in graphene-based photonic and optoelectronic devices, ranging from pulsed lasers, modulators and photodetectors to optical sensors. Other exciting topicssuch as graphene surface plas-mons and their terahertz applications are also discussed.【期刊名称】《新型炭材料》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】28页(P329-356)【关键词】石墨烯;脉冲激光器;光调制器;光探测器;表面等离子体;太赫兹【作者】李绍娟;甘胜;沐浩然;徐庆阳;乔虹;李鹏飞;薛运周;鲍桥梁【作者单位】苏州大学功能纳米与软物质研究院，苏州纳米科技协同创新中心，江苏省碳基功能材料与器件高技术研究重点实验室，江苏苏州 215123;苏州大学功能纳米与软物质研究院，苏州纳米科技协同创新中心，江苏省碳基功能材料与器件高技术研究重点实验室，江苏苏州 215123;苏州大学功能纳米与软物质研究院，苏州纳米科技协同创新中心，江苏省碳基功能材料与器件高技术研究重点实验室，江苏苏州 215123;苏州大学功能纳米与软物质研究院，苏州纳米科技协同创新中心，江苏省碳基功能材料与器件高技术研究重点实验室，江苏苏州 215123;苏州大学功能纳米与软物质研究院，苏州纳米科技协同创新中心，江苏省碳基功能材料与器件高技术研究重点实验室，江苏苏州 215123;苏州大学功能纳米与软物质研究院，苏州纳米科技协同创新中心，江苏省碳基功能材料与器件高技术研究重点实验室，江苏苏州 215123;苏州大学功能纳米与软物质研究院，苏州纳米科技协同创新中心，江苏省碳基功能材料与器件高技术研究重点实验室，江苏苏州215123;苏州大学功能纳米与软物质研究院，苏州纳米科技协同创新中心，江苏省碳基功能材料与器件高技术研究重点实验室，江苏苏州 215123【正文语种】中文【中图分类】TM9101 前言硅基光电子技术曾被寄希望于能够实现未来的超高速宽带数据通讯，然而，由于硅基器件目前面临着难以进一步微型化、集约化等问题，从而阻碍了其在高速、宽带数据计算和传输领域的应用。

DOI: 10.12086/oee.2021.200319基于石墨烯超表面的效率可调太赫兹聚焦透镜王俊瑶，樊俊鹏，舒 好，刘 畅，程用志*武汉科技大学信息科学与工程学院，湖北 武汉 430081摘要：本文提出了一种基于石墨烯超表面的效率可调太赫兹聚焦透镜。

该超表面单元结构由两层对称的圆形镂空石墨烯和中间介质层组成，其中镂空圆形中间由长方形石墨烯片连接。

该结构可实现偏振转换，入射到超表面的圆偏振波将以其正交的形式出射，如左旋圆到右旋圆偏振转换。

利用几何相位原理，通过旋转长方形条的方向，透射波会携带额外的附加相位并能满足2π范围内覆盖。

合适地排列石墨烯超表面的单元结构，以实现太赫兹聚焦透镜。

仿真结果表明：通过改变石墨烯的费米能级，可以对超表面圆偏振转换幅度进行调节，进而超透镜的聚焦效率也可以动态调节。

因此，这种基于石墨烯超表面的效率可调聚焦透镜不用改变单元结构的尺寸，只需通过改变费米能级便可实现，可以广泛地应用到能量收集、成像等太赫兹应用领域。

关键词：超表面；聚焦透镜；石墨烯；太赫兹中图分类号：TH74；TQ127.11 文献标志码：A王俊瑶，樊俊鹏，舒好，等. 基于石墨烯超表面的效率可调太赫兹聚焦透镜[J]. 光电工程，2021，48(4): 200319Wang J Y , Fan J P , Shu H, et al. Efficiency-tunable terahertz focusing lens based on graphene metasurface[J]. Opto-Electron Eng , 2021, 48(4): 200319Efficiency-tunable terahertz focusing lens based on graphene metasurfaceWang Junyao, Fan Junpeng, Shu Hao, Liu Chang, Cheng Yongzhi *School of Information Science and Engineering, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan, Hubei 430081, China Abstract: This paper proposes an efficiency-tunable terahertz focusing lens based on the graphene metasurface. The unit cell is composed of two symmetrical circular graphene hollows and an intermediate dielectric layer, wherein the hollow circular middle is connected by a rectangular graphene sheet. This structure can realize polarization conversion, for example, when an incidence with left-hand circular polarization emitted on the metasurface the po-larization of the transmitted light is right-hand circular polarization. According to the principle of geometric phase, by rotating the direction of the rectangular bar, the transmitted wave will carry an additional phase and can cover the range of 2π. An THz focusing lens can be realized by properly arranging the unit structure of the graphene metasurface. The simulation results show that the conversion amplitude of circular polarized light can be adjusted by changing the Fermi level of graphene, and the focusing efficiency of the metalens can also be dynamically adjusted.LCPRCP(cross-polarization)xy zV g——————————————————收稿日期：2020-08-27； 收到修改稿日期：2020-10-26基金项目：湖北省教育厅科技研究计划重点项目(D2*******)；武汉科技大学研究生创新基金项目(JCX201959)；大学生创新基金项目资助课题(20ZA083)作者简介：王俊瑶(2000-)，女，主要从事电子科学与技术专业。

题目基于石墨烯和碳纳米管所设计的表面等离子体激元纳米激光器摘要表面等离子体激元纳米激光器（Spaser）是通过等离子体谐振器和增益介质来补充能量损失的表面等离子体激元的纳米尺度光源。

这里我们设计了一种碳基spaser，其中的石墨烯纳米片（GNF）谐振器被耦合到碳纳米管（CNT）增益元件上。

我们从理论上证明了，由于这种模式与CNT激子之间的近场的相互作用，所以光激发CNT可以零辐射地将能量转移到GNF的定域等离子体激元模式。

通过计算等离子体激元模式的定域场和等离子体激元激子的相互作用的矩阵元，我们发现了等离子激元的生成速率最高的spaser的最优几何参数和材料参数。

得到的结果可以证明，对等离子体纳米电路设计强大的和超级紧密连贯的的表面等离子体激元光源，将会非常有用。

关键词表面等离子体激元纳米激光器；石墨烯；碳纳米管；量子等离子体；光学器件正文纳米等离子体提供了超快制造超速纳米电路的巨大新机遇，因为它可以突破常规的光波衍射极限而微型化。

可以利用表面等离子体激元（SPs）在金属-电介质界面的电子集体振荡去携带处于纳米尺度的信息。

利用SP去激励电路，需要一个类似于电子晶体管或光学激光的激活装置。

通过辐射的受激发射放大表面等离子体激元，在活性等离子体装置中可被用于产生SP，这种现象被称为spaser。

spaser的运作，要求增益介质的激发能能被零辐射转移到耦合等离子体谐振器中，以增大其定域的SP模式的振幅。

通过SP受激辐射放大，spaser能产生比那些构建于金属表面由激光源激励的更强更连贯的等离子场。

最近SP的受激辐射的实验，实现了spaser的第一个实用性应用——一个被染料掺杂的二氧化硅包裹的球形金纳米颗粒。

spaser的运行特征，诸如等离子激元的生成速率，发射波长，SP的品质因子以及阈值增益，强烈依赖于其几何形状和组成。

因此，许多spaser的设计方案已被提出并进行分析，以寻求性能上的最佳。

这些包括一个位于光泵浦多量子阱（QW）之间的金箔等离子体激元波导，一个由量子点（QD）包裹的V形的金属纳米颗粒，一个在有源基底上的环缝谐振器的阵列，一个领结形束缚量子点金属结构和一个在其底部的带量子点的金属纳米凹槽。

微波等离子体化学气相沉积法制备石墨烯的研究进展涂昕;满卫东;游志恒;阳朔【摘要】Due to itsadvantages by low-temperature growth, a widely selection of the substrate materials and easily doped, microwave plasma chemical vapor deposition (MPCVD)is the first choice of the grapheme prepration by large area、high speed、high quality.The several main CVD methods for synthesizinggrapheme are compared.It found out that MPCVD has clear superiority.Then the study of graphene prepared by MPCVD is stly the application of graphene pre-pared by MPCVD is introduced and also the development trend of graphene prepared by MPCVD is prospected .%微波等离子体化学气相沉积（ MPCVD）法具有低温生长、基底材料选择广泛、容易掺杂等优点，是大面积、高速率、高质量石墨烯制备的首选。

首先通过比较制备石墨烯的几种主要CVD方法得出MPCVD法的优势，然后阐述了MPCVD法制备石墨烯的研究，最后介绍了MPCVD法制备的石墨烯的应用并对MPCVD法制备石墨烯的发展趋势进行了展望。

【期刊名称】《真空与低温》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】9页(P63-70,76)【关键词】微波等离子体化学气相沉积;石墨烯;研究;应用【作者】涂昕;满卫东;游志恒;阳朔【作者单位】武汉工程大学湖北省等离子体化学与新材料重点实验室，湖北武汉430073;武汉工程大学湖北省等离子体化学与新材料重点实验室，湖北武汉430073;武汉工程大学湖北省等离子体化学与新材料重点实验室，湖北武汉430073;武汉工程大学湖北省等离子体化学与新材料重点实验室，湖北武汉430073【正文语种】中文【中图分类】O4840 引言2004年，英国曼彻斯特大学的K．S．Novoselov等［1］采用微机械剥离法利用特殊胶带剥离高定向热解石墨(HOPG)首次获得了独立存在的高质量单层石墨烯。

多功能可调谐太赫兹石墨烯超表面徐星（合肥工业大学，安徽合肥230009）引言近年来，超材料由于其非凡的光学性质而备受关注。

对于波前整形和操纵电磁波的极化能力已经应用于许多光学领域例如硅基光功率分配器[1]，金属孔阵列[2]，金属带天线[3]，负折射现象[4]，光学隐身[5]。

在太赫兹波段传统的金属超表面依赖其表面等离子体激元共振SPPs而表现出良好的光学效应，然而这种金属超表面由于其本身所具有的欧姆损失和较弱的光学可调性都使得我们去中红外波段来寻找新的材料进行进一步的光学研究。

伴随着石墨烯（单层蜂窝状晶格材料）的出现证明了其独特的特性，使其成为太赫兹波段研究的有效候选者。

石墨烯材料可以通过基于化学掺杂或静电门控来改变其费米能级从而动态调控太赫兹频率中的石墨烯电导率[6]。

另一方面，相比金属和介质材料石墨烯超材料具有紧密的电场区域而保持最小的欧姆损失[7]。

由于这些特性，基于许多创新方法石墨烯超材料已经实现了光电探测器[8]，三次谐波产生装置[9]，吸收器[10]，涡旋光产生器[11]。

但这些设计多是基于石墨烯超材料单一功能的波前调控，并且多功能性和光学可调性也不够丰富，迫使我们去设计研究更为灵活高效的多功能石墨烯超表面器件。

在本文中，我们提出了一个多功能石墨烯超表面。

通过调整特定栅极电压来实现石墨烯条带相位变化进而达到石墨烯超表面的异常反射和聚焦效果。

此外，在单个周期单元中，我们还实现了对入射线性偏振光到圆偏振光的偏振转换功能。

基于宽带下的2π相位覆盖，通过设计石墨烯在可调费米能级下对光的特定响应的相位效应，在多个6周期单元的超单元下完成了多角度的异常反射，及实现了多频带5THz、6THz、7THz下的高效聚焦镜。

该结构的多功能性，可调节性和宽带效应都表明了其在光通信领域的巨大潜在应用。

1结构与仿真所提出的几何结构如图1所示。

图1（a）展示了所提出的典型三层结构石墨烯等离子体超表面。

具体结构如图1（b）所示，单元结构通过石墨烯条带沉积在介电层上，然后由金基作为反射器支撑，在石墨烯上覆盖离子凝胶用于调节石墨烯费米能级。

石墨烯材料在各个领域应用的进展1复合材料石墨烯由于具有极高的力学性能和电学性能，在作为聚合物基体的加强功能化添加剂方面被认为据有广泛的讨论前景。

2023年美国西北大学的Stankovich和RuofjF等人在Nature上报道了薄层石墨烯．聚苯乙烯纳米复合材料。

该讨论小组首先使用苯基异氰酸酯对完全氧化的石墨烯进行化学亲油改性，使之剥离和分散在有机溶剂中。

剥离的石墨烯均匀分散在聚苯乙烯溶液中，加入少量还原剂即可恢复石墨片层的导电性。

在还原过程中，聚苯乙烯的存在有效地阻拦了石墨纳米片层的聚集，这是该方法成功的关键。

该复合材料具有较低的渗阀值，在0.1％的体积分数下即可以导电，1％体积分数下导电率可达0.1Sm—1，可广泛应用于电子材料。

氧化态石墨烯只有在还原情况下才能发挥其优异的电学和力学行能，为了解决氧化石墨烯原位还原制备复合材料过程团聚现象的发生，加添石墨烯在各种聚合物单体中的浸润性，Stankovich利用苯乙烯磺酸钠包覆氧化态石墨烯，降低了石墨烯之间的接触面积，从而阻拦其在还原过程中不可逆自聚。

Haddon所领导的小组制备了石墨烯．环氧树脂纳米材料。

首先制备石墨烯的丙酮分散液，与环氧树脂均匀混合固化后得到复合材料。

热导率测试表明厚度小于2nm的石墨烯片特别适合作为环氧树脂的填料，在添加量达到25％时，热导率可以提升3000％，达6.44WmoKl。

复合材料杰出的热导性能重要由石墨烯的二维单原子层结构，高的纵横比，硬度和低的热界面阻力。

但该方法使用了溶剂，使得在所得复合材料中有显现微纳孔洞的可能。

石墨烯的添加不仅有利于聚合物基体电性能，热传导性能的改善，对于提高玻璃化变化温度，复合材料力学性能也具有重点意义。

Ruoff和Aksay等人在聚丙烯腈及聚甲基丙烯酸甲酯中加入仅1％及0.05％的石墨烯纳米片后，发觉他们的玻璃化变化温度提升30℃，此外包括杨氏模量，拉伸强度，热稳定性等一系列力学及热学性质得到提高。

⽯墨烯基础知识简介1.⽯墨烯（Graphene）的结构⽯墨烯是⼀种由碳原⼦以sp2杂化轨道组成六⾓型呈蜂巢状晶格的平⾯薄膜，是⼀种只有⼀个原⼦层厚度的⼆维材料。

如图1.1所⽰，⽯墨烯的原胞由晶格⽮量a1和a2定义每个原胞内有两个原⼦，分别位于A和B的晶格上。

C原⼦外层3个电⼦通过sp2杂化形成强σ键（蓝），相邻两个键之间的夹⾓120°，第4个电⼦为公共，形成弱π键（紫）。

⽯墨烯的碳-碳键长约为0.142nm，每个晶格内有三个σ键，所有碳原⼦的p轨道均与sp2杂化平⾯垂直，且以肩并肩的⽅式形成⼀个离域π键，其贯穿整个⽯墨烯。

如图1.2所⽰，⽯墨烯是富勒烯（0维）、碳纳⽶管（1维）、⽯墨（3维）的基本组成单元，可以被视为⽆限⼤的芳⾹族分⼦。

形象来说，⽯墨烯是由单层碳原⼦紧密堆积成的⼆维蜂巢状的晶格结构，看上去就像由六边形⽹格构成的平⾯。

每个碳原⼦通过sp2杂化与周围碳原⼦构成正六边形，每⼀个六边形单元实际上类似⼀个苯环，每⼀个碳原⼦都贡献⼀个未成键的电⼦，单层⽯墨烯的厚度仅为0.335nm，约为头发丝直径的⼆⼗万分之⼀。

图 1.1（a）⽯墨烯中碳原⼦的成键形式（b）⽯墨烯的晶体结构。

图1.2⽯墨烯原⼦结构图及它形成富勒烯、碳纳⽶管和⽯墨⽰意图⽯墨烯按照层数划分，⼤致可分为单层、双层和少数层⽯墨烯。

前两类具有相似的电⼦谱，均为零带隙结构半导体（价带和导带相较于⼀点的半⾦属），具有空⽳和电⼦两种形式的载流⼦。

双层⽯墨烯⼜可分为对称双层和不对称双层⽯墨烯，前者的价带和导带微接触，并没有改变其零带隙结构；⽽对于后者，其两⽚⽯墨烯之间会产⽣明显的带隙，但是通过设计双栅结构，能使其晶体管呈⽰出明显的关态。

单层⽯墨烯（Graphene）：指由⼀层以苯环结构（即六⾓形蜂巢结构）周期性紧密堆积的碳原⼦构成的⼀种⼆维碳材料。

双层⽯墨烯（Bilayer or double-layer graphene）：指由两层以苯环结构（即六⾓形蜂巢结构）周期性紧密堆积的碳原⼦以不同堆垛⽅式（包括AB堆垛，AA堆垛，AA‘堆垛等）堆垛构成的⼀种⼆维碳材料。

第 21 卷 第 8 期2023 年 8 月Vol.21，No.8Aug.，2023太赫兹科学与电子信息学报Journal of Terahertz Science and Electronic Information Technology石墨烯动态调控太赫兹表面等离激元张葆青，冯明明，张翼飞*，宋爱民(山东大学微电子学院，山东济南250100)摘要：太赫兹表面等离激元(SPPs)是利用亚波长周期性结构在太赫兹频段模拟的具有与可见光频段表面等离激元相似的光学特性的电磁波，分为传输型和局域型2种。

本文将石墨烯引入太赫兹表面等离激元结构作为动态激励源，通过外加偏压改变石墨烯的电导率，分别实现了对传输型表面等离激元的幅度、频率、相位和对局域表面等离激元共振强度的动态调控。

本文方法为表面等离激元的动态调控提供了新的思路，拓宽了表面等离激元在太赫兹频段的应用。

关键词：表面等离激元；太赫兹；石墨烯；动态调控中图分类号：TN29；O441.4文献标志码：A doi：10.11805/TKYDA2022163Active modulation of terahertz Surface Plasmons Polaritons with grapheneZHANG Baoqing，FENG Mingming，ZHANG Yifei*，SONG Aimin(School of Microelectronics，Shandong University，Jinan Shandong 250100，China)AbstractAbstract：：Terahertz(THz) Surface Plasmons Polaritons(SPPs) can mimic optical Surface Plasmons (SPs) and obtain similar optical properties with periodic sub-wavelength structures, which typicallyconsist of propagating SPPs and Localized Surface Plasmons(LSPs). In this work, graphene is utilized asthe active stimuli to dynamically control the amplitude, frequency, and phase of SPPs and reconfigure theresonant modes of LSPs at various bias voltages. Such design provides new solutions for active control ofSPPs and LSPs at THz frequencies.KeywordsKeywords：：Surface Plasmons Polaritons；terahertz；graphene；active modulation表面等离激元(SPPs)是金属和介质交界面上的自由电荷集体振荡形成的一种电磁表面波，具有局域电场增强和突破光学衍射极限的特点，在生物传感、超分辨力成像、高效光伏等领域应用广泛[1]。

材料研究与应用 2024，18（1）：81‐94Materials Research and ApplicationEmail ：clyjyyy@http ：//mra.ijournals.cn 表面等离子体激元的原理与应用王强1,陈泳竹2*（1.广东技术师范大学光电工程学院，广东 广州 510665； 2.广东技术师范大学研究生院，广东 广州 510665）摘要： 光与物质之间的相互作用，被视为光学应用的最基础物理问题。

由光与凝聚态物质之间的相互作用形成的表面等离子体激元（Surface Plasmon Polaritons, SPPs ），是一种新型的元激发准粒子，因其具有独特的色散和局域场增强特性引起广泛关注。

SPPs 器件打破了传统光学衍射限制，在纳米光子器件中有独特优势，应用于微纳光子学的前沿研究。

阐述了SPPs 的色散关系、激发方式、传播形式和物理性质，重点探讨了SPPs 在波导、近场光学、传感器、生物医疗、光子芯片、表面增强拉曼散射和太阳能电池等方面的应用，并提出了研究前景。

关键词： 表面等离子体激元；衍射极限；局域场增强；表面等离子体共振；亚波长光学应用；波导；光子芯片；原理中图分类号：O436 文献标志码： A 文章编号：1673-9981（2024）01-0081-14引文格式：王强，陈泳竹.表面等离子体激元的原理与应用［J ］.材料研究与应用，2024，18（1）：81-94.WANG Qiang ，CHEN Yongzhu.Principles and Applications of Surface Plasmon Polaritons ［J ］.Materials Research and Applica‐tion ，2024，18（1）：81-94.0　引言新世纪以来，计算机技术的迅猛发展和理论知识的不断创新，给人类生活带来极大便利的同时也加快了科学发展的脚步。

电子线路固有的发热现象和数据传输能力不足，极大地限制了计算机运行速度的大幅度提高。

物理学凝聚态物理中的新型材料研究凝聚态物理是物理学的一个重要分支，研究物质的宏观性质以及微观结构与性质之间的关系。

近年来，随着科技和人类社会的发展，新型材料的研究成为凝聚态物理领域的热点之一。

本文旨在介绍凝聚态物理中的新型材料研究。

一、二维材料二维材料是指具有ν≈1nm数量级的厚度的材料，以石墨烯为代表。

石墨烯是由碳原子单层构成的晶体结构，具有独特的光电性能和力学性能。

除了石墨烯，还有许多其他具有不同化学成分的二维材料，如二硫化钼、硒化铟等。

这些材料在光电器件、超导器件以及传感等领域具有广阔应用前景。

二、拓扑绝缘体拓扑绝缘体是一种新型的材料，具有特殊的电子结构。

相对于普通材料，拓扑绝缘体的表面电子态是不容易受到外部扰动的，这使得它在量子计算、电磁波传输等领域具有巨大潜力。

此外，拓扑绝缘体还具有导电性能优异、阻尼小等特点，因此备受研究人员的关注。

三、纳米材料纳米材料是指在纳米尺度下制备的材料，具有独特的物理、化学和生物学特性。

由于其颗粒尺寸小，表面积大，所以具有许多出色的性质，如光电性、磁性、导电性等。

纳米材料在能源、催化、生物医学等领域有着广泛的应用，例如纳米颗粒在癌症治疗中的应用，纳米材料在柔性显示技术中的应用等。

四、自旋电子学材料自旋电子学是指利用载流子的自旋性质来操控电子器件的一种新兴领域。

自旋电子学材料是指具有特殊自旋特性的材料，如铁磁性材料、半导体材料等。

这些材料具有独特的磁性和电学性能，可以用来制备高性能记忆器件、逻辑门等，有望成为电子信息技术的重要支撑。

五、超导材料超导材料是指在低温下具有零电阻和完全磁场排斥的特性。

它们在能源输送、储存和转换领域具有广泛应用前景。

近年来，研究人员在超导材料研究方面取得了重大突破，例如高温超导材料的发现。

这些新型超导材料展示了令人兴奋的性能，为超导技术的广泛应用提供了可能。

六、多功能材料多功能材料是指具备多种功能的材料，如兼具机械强度和导电性能的碳纤维复合材料、兼具导电和光电功能的柔性触摸屏材料等。

《量子力学》理论教学与科研实践相结合的教学模式的思考现代信息技术即将步入光子学新阶段，光子作为信息和能量的载体，迅速推动建立了一个前所未有的现代光电子交叉学科和信息产业。

电子科学与技术是光电信息产业的支柱和基础，是多学科相互渗透而形成的交叉学科。

量子力学在近代物理中的地位如此之重，但在实际教学中学生普遍感到量子力学理论性太强，公式众多，逻辑推理严密，太过抽象，难以理解，特别是跟实际生活联系不紧密，从而导致缺乏学习兴趣。

作者在多年量子力学专业课程教学过程中，总结教学心得，提出了“科研与教学互进互促”的教学理念，建立了教学内容与科研课题相结合的量子力学专业课程教学模式。

一、介绍量子力学理论在现代科学技术中的实际应用，调动学生学习量子力学的热情兴趣是学习一切知识的源动力，在绪论讲述中通过大量多媒体资源向学生们展示现代科技革命与量子力学息息相关，量子力学渗透到现代科技的方方面面，从电脑、手机到航天、核能，从科幻电影到工业4.0，几乎没有哪个领域不依赖于量子论。

同时针对学生们的喜好，科普《星际穿越》、《生活大爆炸》、《源代码》1/ 6等热门影视中黑洞、虫洞、平行宇宙等量子物理的基本，以激发学生对量子论的求知欲，并向他们介绍一些关于量子力学的科普书籍，如曹天元的《上帝执骰子吗——量子力学史话》、霍金的《大设计》以及罗杰的《神奇的粒子世界》，并引用《上帝执骰子吗》中优美的开场向学生引出量子力学这一神秘和优美的故事，用生动有趣的方式讲述量子力学的发展史话，穿插每一个具有革命性大事记形成和建立的历史背景，相关科学家的简史和名人逸事，如德布罗意如何从一个纨绔子弟成长为诺贝尔奖获得者；牛顿和胡克还有其他科学家之间关于理论归属问题的争执；一个早期不受大家认可的爱因斯坦；二战期间参与研制原子弹，二战结束后大力促进核能和平利用的“哥本哈根学派”代表人物玻尔；以严谨、博学而著称，同时又以尖刻和爱挑刺而闻名的天才少年泡利；在建筑领域同样杰出的胡尔；爱打赌的霍金；等等。