以鈦酸鍶(STO)和石墨烯為材料，設計了一種具有傳感功能的太赫茲超材料吸收器。采用時域有限差分(FDTD)和耦合模式理論(CMT)方法對所設計結構的光學特性進行了模擬和數值計算。結果表明，當STO的溫度為300 K，石墨烯的費米能級為1.0 eV時，在0.36 THz和2.18 THz的吸收率分別達到99.8%和92.7%。當STO的溫度從250 K設置到400 K時，中心頻率從0.32 THz和1.96 THz移動到0.43 THz和2.54 THz。當溫度穩定在300 K時，通過將費米能級從1.0 eV調整到0 eV，可以將雙窄帶吸收轉化為單窄帶吸收。利用電場分布和阻抗匹配理論分析了雙窄帶吸收和主動調諧的物理機理。研究了極化方向和入射角對吸收器性能的影響。此外，我們還研究了石墨烯費米能級為0 ev時吸收器的傳感特性，該結構對不同折射率的探測靈敏度和meritis值分別為50 GHz/RIU和0.33/ RIU。該結構為未來多功能太赫茲器件的設計提供了新的思路。
圖1. 吸收器原理圖(a)三維，(b)俯視圖，(c)側視圖。
圖2. (a)吸收、反射和透射光譜，(b)不同偏振角的吸收圖。(c) 0.38THz(峰值1) 和(d) 2.18太赫茲(峰值2)處的電場分布。
圖3. (a) FDTD和CMT計算的吸收光譜和(b結構的等效CMT模型。
圖4. 鈦酸鍶介電常數隨溫度的變化(a)實部，(b)虛部。
圖5. (a) STO溫度從250k 到 400k的吸收光譜，(b)吸收頻率隨溫度的變化。
圖6. (a)石墨烯在費米能級從0 eV到1.0 eV的吸收光譜，(b)吸收率隨費米能級的變化。
圖7. STO阻抗的溫度變化 (a)實部，(b)虛部。
圖8. 石墨烯阻抗的費米能級變化(a)實部，(b)虛部。
圖9. 不同入射角下的吸收圖:(a) TE波入射角，(b) TM波入射角。
圖10. 用于檢測被測介質折射率變化的結構示意圖。
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圖11. (a)吸收器在不同折射率下的吸收光譜，(b)吸收頻率隨折射率的變化。
相關研究成果由黑龍江大學電子工程學院Hengli Feng等人于2022年發表在Diamond & Related Materials (https://doi.org/10.1016/j.diamond.2022.109455)上。原文：Individually frequency and amplitude tunable metamaterial absorber with sensing functions based on strontium titanate and graphene。
轉自《石墨烯研究》公眾號
