石墨烯太赫兹纳米器件综述教学内容

《基于石墨烯和二氧化钒的太赫兹可调谐超材料吸收器》篇一一、引言随着科技的发展，太赫兹波在通信、生物医学和安全检测等领域的应用越来越广泛。

超材料吸收器作为太赫兹波应用的关键技术之一，其性能的优化和调控成为研究的热点。

本文提出了一种基于石墨烯和二氧化钒的太赫兹可调谐超材料吸收器，旨在通过材料的独特性质实现吸收器的性能优化和可调谐性。

二、石墨烯和二氧化钒的特性1. 石墨烯：石墨烯是一种由单层碳原子构成的二维材料，具有优异的电学、热学和力学性能。

在太赫兹波段，石墨烯具有较高的电导率和可调谐的电学性质，使得其成为超材料吸收器的理想材料。

2. 二氧化钒：二氧化钒是一种相变材料，在特定温度下会发生金属-半导体相变。

在太赫兹波段，二氧化钒的电学性质可调，且具有较高的光学透过率，使其成为超材料吸收器中可调谐元件的理想选择。

三、太赫兹可调谐超材料吸收器的设计本文设计的太赫兹可调谐超材料吸收器以石墨烯和二氧化钒为主要材料，通过将二者结合，实现吸收器的可调谐性。

设计过程中，我们采用了周期性排列的金属-介质-金属结构，其中介质层采用石墨烯和二氧化钒的复合材料。

通过调整石墨烯的电导率和二氧化钒的相变温度，实现吸收器的太赫兹波段的可调谐性。

四、吸收器性能的仿真与分析我们采用时域有限差分法对所设计的太赫兹可调谐超材料吸收器进行仿真分析。

仿真结果表明，该吸收器在太赫兹波段具有较高的吸收率和可调谐性。

通过调整石墨烯的电导率和二氧化钒的相变温度，可以实现吸收峰的频率移动和吸收强度的调节。

此外，该吸收器还具有较高的光学透过率和较低的反射率，有利于提高太赫兹波的应用效率。

五、实验验证与性能优化为了验证仿真结果的准确性，我们进行了实验验证。

通过制备基于石墨烯和二氧化钒的太赫兹可调谐超材料吸收器样品，并对其性能进行测试。

实验结果表明，该吸收器具有良好的可调谐性和较高的吸收率，与仿真结果基本一致。

为了进一步提高吸收器的性能，我们进一步优化了金属-介质-金属结构的尺寸和排列方式，以及石墨烯和二氧化钒的复合比例。

化学信息学课程论文化学还原法制备石墨烯的研究进展学号7021214215学生姓名周新所属学院生命科学学院专业应用化学班级18—2日期2016-10-2石墨烯的研究综述摘要：近年来，石墨烯以其独特的结构和优异的性能，在化学、物理和材料学界引起了广泛的研究兴趣。

石墨烯这样特殊的二维结构蕴含了多种奇特的物理现象，本文大量引用最新参考文献、综述了石墨烯的制备方法：物理方法 (微机械剥离法、液相或气相直接射离法)与化学法 (化学气相沉积法、晶体外延生长法、氧化还原法)，并详细介绍了石墨烯的各种修饰方法,指出了石墨烯制备方法的发展趋势。

关键词：石墨烯；性能；结构；综述.Abstract: in recent years, the graphene with its unique structure and excellent performance, in chemistry, physics, and material field has attracted a great deal of research interest. Graphene such special two-dimensional structure contains a variety of unique physical phenomena, in this paper, a large number of references the latest references, reviews the preparation of graphene: physical methods (micro mechanical stripping method, the direct shot from liquid or gas phase method) with chemical method, chemical vapor deposition method, crystal epitaxial growth method, oxidation-reduction method), and various modification methods of graphene was introduced in detail, points out the development trend of graphene preparation.Key words: graphene, Performance; Structure; Reviewed in this paper.0 引言2004年，英国曼彻斯特大学的 Geim研究小组首次制备出稳定的石墨烯，推翻了经典的“热力学涨落不允许二维晶体在有限温度下自由存在”的理论，震撼了整个物理界，引发了石墨烯的研究热潮。

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。

石墨烯可用于重构太赫兹光电子学这篇文章阐述了设计重构太赫兹器件的潜力，这类太赫兹器件使用的是具有电学可调谐光学特性的石墨烯调制器和开关。

Berardi Sensale-Rodrı´guez, Student Member IEEE, Rusen Yan, Lei Liu, Member IEEE, Debdeep Jena, Member IEEE, and Huili Grace Xing, Member IEEE翻译：蒋均摘要：在这篇文章中，我们测试了石墨烯作为一种材料用于重构太赫兹光电学。

他能在相当大的太赫兹频带中实现电控调节光学特性，联合其具有的2维特性和易集成特点，这将会导致它有独特的性能从而设计新的太赫兹器件，与此同时也可以提高现行的太赫兹技术。

我们第一次回顾了从石墨烯发现至今在太赫兹光电器件上的表现，包括大面积石墨烯、等离子体的和超材料的器件。

进一步的讨论先进的设计和挑战将会在后面进行。

关键词：自主优化；滤波器；石墨烯；超材料；调制器；等离子体；重构；开关；太赫兹；介绍有前途的运用包括很多的人们致力的领域，其中包括了医药、生物学、通信系统，安全和天文学等等，在最近几年里太赫兹技术已经转变为一个比较热门的研究领域[1]-[3]。

在太赫兹常常被定义在0.1-30THz频段内，是近几十年内最少被研究的电磁频谱，主要因为缺乏在该频段与之产生作用并可以控制的材料和器件。

但是由于太赫兹发射和探测技术的不断提高，太赫兹科学技术在工业和商业应用得到了更多的关注。

例如，太赫兹成像技术运用在几个医学和安全运用行业（例如：牙成像[5]，活体内皮肤癌探测[6]，死人扫描仪[7]等），因为相比更长波长辐射源，太赫兹波更能实现高空间分辨率（比如毫米波），同时也可以比短波长（例如紫外线和X光射线）不容易电离。

同样的许多很重要的光谱信息也在太赫兹频段，这使得太赫兹光谱分析对薄膜特性分析中成为一种很有效的技术[9]，生物学运用[10]和非法物品的检测（比如爆炸物和毒药等）[11]。

《基于石墨烯和二氧化钒的太赫兹可调谐超材料吸收器》篇一一、引言近年来，随着超材料科技的不断发展，人们对于高频电磁波段的操控及运用越发感兴趣。

特别是对于太赫兹（THz）频段而言，其在无线通信、医学诊断、安全检测等领域具有广泛的应用前景。

而如何设计一款在太赫兹频段内具有高效率、高稳定性和可调谐性的超材料吸收器，则成为了科研人员追求的目标。

本文提出了一种基于石墨烯和二氧化钒的太赫兹可调谐超材料吸收器，以期在上述领域提供一种全新的解决方案。

二、太赫兹可调谐超材料吸收器的构造及工作原理（一）材料选取及结构特点1. 石墨烯：具有优良的电导率，且通过改变其载流子浓度可以调控其电导率。

在太赫兹频段内，石墨烯的电磁响应特性尤为突出。

2. 二氧化钒（VO2）：一种具有相变特性的材料，在特定温度下，其电导率会发生显著变化，从而影响其电磁响应特性。

该吸收器采用周期性排列的金属-绝缘体-金属（MIM）结构，其中绝缘层采用基于石墨烯和二氧化钒的复合材料。

这种结构有利于实现对太赫兹波的有效吸收和调控。

（二）工作原理该吸收器的工作原理基于电磁共振和材料相变特性。

当太赫兹波入射到吸收器上时，其与金属层和绝缘层之间的相互作用产生电磁共振，从而实现高效吸收。

同时，通过改变石墨烯和二氧化钒的电导率，可以调节该共振频率，从而实现对太赫兹波的调谐。

三、制备及实验结果分析（一）制备过程制备该超材料吸收器需要使用纳米级工艺，通过将石墨烯和二氧化钒分别与金属薄膜交替排列并加工成特定结构，完成超材料吸收器的制备。

（二）实验结果分析实验结果表明，该太赫兹可调谐超材料吸收器具有较高的吸收率、稳定性及调谐性能。

其吸波率可达到95%《基于石墨烯和二氧化钒的太赫兹可调谐超材料吸收器》篇二一、引言随着科技的飞速发展，超材料吸收器在无线通信、雷达探测、生物医学等领域得到了广泛的应用。

其中，可调谐超材料吸收器由于具有动态调控、可重构的特性，更受研究者们的青睐。

近年来，基于石墨烯和二氧化钒等新兴材料的太赫兹可调谐超材料吸收器逐渐成为研究热点。

《基于石墨烯和二氧化钒的太赫兹可调谐超材料吸收器》篇一一、引言随着科技的飞速发展，超材料在电磁波谱的各个波段都展现出其独特的性能和应用潜力。

在太赫兹（THz）波段，超材料吸收器由于具有高性能、小型化和集成化等特点，已经广泛应用于各类安全检查、医学成像、能量传输和感知系统中。

本篇论文介绍一种基于石墨烯和二氧化钒的太赫兹可调谐超材料吸收器，其独特的性质和潜在的应用前景将得到详细阐述。

二、石墨烯和二氧化钒的特性和应用1. 石墨烯石墨烯是一种二维原子晶体，其优异的导电性能和极高的光学对比度使其成为纳米光子器件的重要材料。

在太赫兹波段，石墨烯的电导率可以通过外部电场进行动态调控，从而实现对太赫兹波的吸收和反射的调控。

2. 二氧化钒（VO2）二氧化钒是一种典型的相变材料，其在一定温度下会从绝缘体变为金属，这种相变过程伴随着显著的电导率和光学性质的变化。

在太赫兹超材料吸收器中，二氧化钒的这种特性可以用于实现吸收器的动态可调谐性。

三、基于石墨烯和二氧化钒的太赫兹可调谐超材料吸收器的设计本论文所设计的太赫兹可调谐超材料吸收器，以石墨烯和二氧化钒为主要材料，通过特定的结构设计，实现了对太赫兹波的吸收和反射的动态调控。

具体设计如下：1. 结构设计吸收器由多个周期性的亚波长结构组成，这些结构包含印有石墨烯的金属片，以及金属片上方的二氧化钒薄膜。

通过调整石墨烯和二氧化钒的厚度、金属片的形状和大小等参数，可以实现对太赫兹波的吸收和反射的精确调控。

2. 工作原理在无外加电场的情况下，二氧化钒处于绝缘态，对太赫兹波的吸收较小。

当外加电场作用于石墨烯时，石墨烯的电导率发生变化，从而改变对太赫兹波的吸收和反射。

同时，随着温度的变化，二氧化钒从绝缘态变为金属态，其电导率和光学性质也会发生变化，从而影响对太赫兹波的吸收。

通过同时调整石墨烯和二氧化钒的状态，可以实现太赫兹波的吸收和反射的动态调控。

四、实验结果与讨论通过实验验证了本论文所设计的太赫兹可调谐超材料吸收器的性能。

《基于石墨烯和二氧化钒的太赫兹可调谐超材料吸收器》篇一一、引言随着科技的飞速发展，超材料在电磁波谱的各个波段中发挥着越来越重要的作用。

太赫兹波作为一种具有特殊性质的电磁波，其超材料吸收器的研究已成为当前的研究热点。

本文将介绍一种基于石墨烯和二氧化钒的太赫兹可调谐超材料吸收器，它通过引入先进的纳米材料和设计技术，为太赫兹波的吸收提供了新的可能。

二、背景及原理太赫兹波具有较高的穿透性和较高的分辨率，因此其在医疗、安全检查、通信等领域具有广泛的应用前景。

然而，传统的太赫兹吸收器在调谐性和工作范围等方面存在局限性。

为了解决这一问题，研究者们开始探索新型的超材料吸收器。

石墨烯和二氧化钒是两种具有优异性能的纳米材料。

石墨烯具有出色的导电性能和可调的电导率，而二氧化钒则具有温度敏感的相变特性。

基于这两种材料的特性，我们可以设计出一种可调谐的太赫兹超材料吸收器。

三、设计与实现1. 材料选择：我们选用高质量的石墨烯和二氧化钒作为超材料的基本组成单元。

通过先进的制备技术，如化学气相沉积、物理气相沉积等，在特定基底上制备出高质量的纳米结构。

2. 结构设计：在结构设计上，我们采用周期性的阵列结构，通过精确控制阵列的尺寸、形状和间距等参数，实现对太赫兹波的精确操控。

3. 调谐机制：通过改变石墨烯的电导率或通过改变温度诱导二氧化钒的相变，我们可以实现对超材料吸收器的调谐。

在石墨烯层中引入外部电场或磁场，可以调整其电导率，从而改变其与太赫兹波的相互作用；而通过改变二氧化钒的温度，可以引发其从绝缘态到金属态的转变，从而改变其光学性质。

四、性能分析经过实验验证，该太赫兹可调谐超材料吸收器具有以下优点：1. 良好的吸收性能：在太赫兹波段具有较高的吸收率，能有效地将入射的电磁波转化为热能。

2. 调谐性：通过调整石墨烯的电导率或二氧化钒的温度，可以实现对吸收器的调谐，使其在不同的频率上工作。

3. 温度稳定性：二氧化钒的相变特性使其在温度变化时仍能保持良好的工作性能。