Um absorvedor perfeito coerente insensível à polarização e banda dupla ajustável baseado em guia de onda híbrido de grafeno de camada dupla

Resumo

Um grafeno de monocamada suspensa tem apenas cerca de 2,3% de taxa de absorção na banda do visível e infravermelho, o que limita suas aplicações optoeletrônicas. Para aumentar significativamente a eficiência de absorção do grafeno, um absorvedor perfeito coerente (CPA) de banda dupla sintonizável e insensível à polarização é proposto no regime de infravermelho médio, que contém a matriz de silício acoplada em guia de onda de grafeno de camada dupla. Com base nos métodos FDTD, os picos de absorção perfeita de banda dupla são alcançados em 9.611 nm e 9.924 nm, respectivamente. Além disso, devido à sua característica central simétrica, o absorvedor proposto também demonstra ser insensível à polarização. Enquanto isso, os picos de absorção coerentes podem ser modulados opticamente alterando a fase relativa entre duas luzes incidentes reversas. Além disso, ao manipular as energias de Fermi de duas camadas de grafeno, dois picos de absorção coerentes podem se mover em uma ampla faixa de espectro, e nosso CPA projetado também pode ser alterado de CPA de banda dupla para CPA de banda estreita. Assim, nossos resultados podem encontrar algumas aplicações potenciais no campo do desenvolvimento de dispositivos nanofotônicos com excelente desempenho trabalhando no regime do infravermelho médio.

Introdução

Como uma questão crucial para nanofotônica e optoeletrônica, a interação eficiente luz-matéria tem causado preocupações nos últimos anos [1, 2], particularmente nos materiais de duas dimensões (2D) atomicamente finos. Muitos relatórios foram demonstrados, como dichalcogenetos de metais de transição (TMDCs) [3, 4], grafeno [5,6,7,8,9], nitreto de boro hexagonal [10], fósforo negro [11] e assim por diante . Como um material 2D prototípico, o grafeno pode interagir com a luz em uma ampla faixa de comprimento de onda (ultravioleta a terahertz). No entanto, devido à sua estrutura de banda eletrônica cônica e sem intervalos naturais [12], a eficiência de absorção da luz no grafeno é tão baixa quanto 2,3%. Felizmente, o bandgap óptico do grafeno pode ser aberto por dopagem ou usando outros métodos especiais, o que resulta na excitação de polaritons de plasmon de superfície (SPPs) nas bandas terahertz e infravermelho [13]. Então, a absorção e o confinamento da luz no grafeno podem ser notavelmente fortalecidos por causa dos SPPs excitados, que podem prolongar o tempo de interação entre o grafeno e a luz [14,15,16,17,18,19]. Portanto, dispositivos grafeno plasmônicos têm se tornado um tópico interessante e significativo, e extensas pesquisas têm sido demonstradas em vários campos, como absorvedores [17, 18], filtros ópticos [20], sensores [21], moduladores [22] e fotodetectores [23, 24].

Mais especificamente, entre esses dispositivos baseados em grafeno, o absorvedor óptico desempenha um papel importante no campo do desenvolvimento de dispositivos optoeletrônicos avançados, como dispositivos de captura de energia solar e emissores. Recentemente, devido aos atributos únicos do grafeno, alguns absorvedores à base de grafeno foram relatados. Além disso, como mencionado acima, a maioria desses absorvedores estão focados nos regimes terahertz e infravermelho, pois o grafeno com processos especiais pode excitar SPPs, levando a fortes interações luz-grafeno nestes comprimentos de onda [3]. Por exemplo, com base no grafeno, Luo et al. [25] propuseram um absorvedor perfeito sintonizável com banda ultra estreita, que pode manter desempenhos satisfatórios sob incidência de ângulo largo. Na Ref. [16], incorporando grafeno monocamada aos metamateriais, Xiao et al. demonstraram que o análogo EIT foi realizado no regime de terahertz e sua intensidade de ressonância pode ser manipulada de forma flexível em uma ampla faixa. Jiang et al. [26] projetou, fabricou e investigou um absorvedor de banda larga baseado em grafeno padronizado no regime de terahertz, e a absorção acima de 90% é alcançada de 1,54 a 2,23 THz. Com o objetivo de manipular o plasmon de superfície do grafeno de forma eficaz e viável, Xia et al. sugeriu que isso poderia ser realizado usando uma grade sinusoidal condutiva com tamanho de sub-comprimento de onda [19].

É importante ressaltar que o absorvedor perfeito coerente (CPA), que é outra forma de controlar e fortalecer a absorção óptica do grafeno, tem atraído grande atenção devido aos recursos de modulação totalmente óptica [27, 28]. Dependendo dos efeitos de interferência e da interação da absorção, o CPA fornece um método potencial para manipular a luz com luz sem não linearidade. Y. D. Chong et al. investigou teoricamente o CPA com a matriz de espalhamento [29]. Em pouco tempo, dois tipos de CPA foram relatados sucessivamente na placa de silício [30] e no metamaterial plano [31]. Recentemente, o CPA também foi intensamente estudado em dispositivos baseados em grafeno. Por exemplo, combinado com a nanoestrutura de metal-grafeno centrossimetria, Y. Ning et al. [32] investigaram um CPA insensível à polarização sintonizável e mostraram que a absorção poderia ser modulada de forma flexível e totalmente óptica pela energia de Fermi do grafeno e a fase relativa entre as luzes incidentes. Ao capturar a ressonância de modo guiado em uma rede dielétrica de sub-comprimento de onda, X. Feng et al. [33] realizaram um CPA baseado em grafeno sintonizável, que pode ser aplicado em uma ampla cobertura de espectro do visível ao infravermelho. Y. C. Fan et al. [34] exploraram a metassuperfície à base de nanofita de grafeno para CPA no regime de infravermelho médio e demonstraram que este CPA pode ser manipulado de forma flexível, alterando as propriedades do grafeno e os parâmetros estruturais da metassuperfície. No entanto, o CPA baseado em grafeno de banda dupla também é de grande importância para os dispositivos nanofotônicos e optoeletrônicos, mas raramente investigado no regime de infravermelho médio. Além disso, como melhorar sua capacidade de ajuste também é um desafio para o CPA de banda dupla.

Neste artigo, projetamos e estudamos um CPA de banda dupla sintonizável e insensível à polarização na banda do infravermelho médio, que contém uma matriz de silício acoplada em guia de onda de grafeno de dupla camada. O mecanismo físico do CPA projetado é analisado pela matriz de espalhamento. Enquanto isso, as características do CPA proposto são demonstradas pelas simulações no domínio do tempo de diferenças finitas (FDTD). Quando a luz incidente é iluminada na matriz de silício, uma vez que as ressonâncias plasmônicas nos filmes de grafeno duplo contínuo podem ser emergidas devido ao mecanismo de ressonância de modo guiado, então o efeito de acoplamento entre eles resulta em picos de absorção de banda dupla perfeitos, que são alcançados em 9.611 nm e 9.924 nm, respectivamente. Além disso, devido à sua característica central simétrica, o absorvedor proposto também demonstra ser insensível à polarização. Além disso, a maioria dos absorvedores à base de grafeno relatados são manipulados apenas alterando as propriedades do grafeno por meio de um campo eletrostático, campo magnético ou dopagem química, que são as causas de perdas adicionais e também tornam os dispositivos mais complicados. Para o nosso CPA proposto, as absorções coerentes podem ser moduladas totalmente opticamente, alterando a fase relativa entre duas luzes incidentes reversas, o que melhora a capacidade de ajuste do absorvedor e não aumenta a complexidade da estrutura. Enquanto isso, ao manipular as energias de Fermi de duas camadas de grafeno, dois picos de absorção coerentes podem se mover em uma ampla faixa de espectro, e nosso CPA projetado também pode ser alterado de CPA de banda dupla para CPA de banda estreita. Portanto, nosso trabalho fornece uma maneira muito promissora com conveniência e sensibilidade para aplicações em potencial, incluindo switches, dispositivos lógicos totalmente ópticos e fotodetectores coerentes.

Métodos

Conforme ilustrado na Fig. 1, existem dois filmes contínuos de grafeno no substrato de sílica, que são separados por uma camada de sílica. Enquanto isso, a matriz de silício é colocada no topo do filme de grafeno superior. Aqui, o comprimento ( x -direcção) e largura ( y -direction) de cada quadrado de silício na matriz são ambos definidos como w =80 nm, como mostrado na Fig. 1c. Enquanto isso, ambos os períodos de quadrados de silício no x -direcção e y -direção são p =160 nm, e a espessura ( z direção) do quadrado de silício é h =100 nm. Além disso, as espessuras do espaçador de sílica e substrato são d ₁ =75 nm e d ₂ =150 nm, respectivamente. eu ₁ e eu ₂ , como duas luzes incidentes coerentes, são irradiadas simultaneamente no CPA proposto de duas direções contrárias, como mostrado na Fig. 1a. A relação entre eu ₁ e eu ₂ é eu ₂ = αI ₁ exp ( iφ + ikz ), onde α , φ e z são a amplitude relativa, a diferença de fase e o ponto de referência de fase entre I ₁ e eu ₂ , respectivamente. O ₁ e O ₂ são as luzes emergentes que se espalham da parte inferior e superior do CPA proposto. Além disso, as espessuras de dois filmes de grafeno são definidas como 0,34 nm em nossas simulações, e as condutividades de dois filmes de grafeno são calculadas dentro da aproximação de fase aleatória local da seguinte maneira [35]:
$$ \ sigma \ left (\ omega \ right) =\ frac {ie ^ 2 {\ kappa} _BT} {\ pi {\ mathrm {\ hslash}} ^ 2 \ left (\ omega + i {\ tau} ^ {-1} \ right)} \ left [\ frac {E_f} {\ kappa_BT} +2 \ ln \ left ({e} ^ {- \ frac {E_f} {\ kappa_BT}} + 1 \ right) \ right ] + \ frac {ie ^ 2} {4 \ pi \ mathrm {\ hslash}} \ ln \ left [\ frac {2 {E} _f- \ left (\ omega + i {\ tau} ^ {- 1} \ right) \ mathrm {\ hslash}} {2 {E} _f + \ left (\ omega + i {\ tau} ^ {- 1} \ right) \ mathrm {\ hslash}} \ right] $$ (1)
onde T =300K é a temperatura ambiente e E _f é a energia Fermi. Enquanto isso, o tempo de relaxamento intrínseco é descrito como \ (\ tau =\ mu {E} _f / \ mathrm {e} {\ upsilon} _f ^ 2 \), onde υ _f é a velocidade de Fermi e μ =10000cm ² V ⁻¹ s ⁻¹ é a mobilidade da portadora. Para nossa estrutura proposta, as energias de Fermi dos filmes de grafeno superior e inferior são assumidas como E _{f 1} =0,66 eV e E _{f 2} =0,31 eV , respectivamente.

a Diagrama esquemático do absorvedor perfeito baseado em grafeno de banda dupla. b Vista lateral com dimensões especificadas. c Vista superior com dimensões especificadas

Na simulação, utilizamos o método 3D FDTD para o cálculo numérico. Enquanto isso, as condições de contorno periódicas são aplicadas ao longo do x - e y -direcções, e uma camada perfeitamente combinada é aplicada ao longo do z -direcção incluindo a parte superior e inferior do dispositivo proposto. Além disso, utilizamos a malha não uniforme para calcular os resultados da simulação, onde o tamanho mínimo da malha dentro da camada de grafeno é igual a 0,1 nm e aumenta gradualmente fora do filme de grafeno para reduzir o espaço de armazenamento e o tempo de computação.

Resultados e discussão

Em primeiro lugar, a fim de explicar claramente o mecanismo físico, investigamos a absorção do CPA proposto sob iluminação normal de apenas um feixe incidente I ₁ no z -direção. Uma vez que o CPA baseado em grafeno está no ambiente de simetria, os coeficientes combinados de reflexão e transmissão podem ser expressos como r = η e t =1 + η , respectivamente, onde η é a amplitude autoconsistente relacionada ao guia de onda híbrido de grafeno. Assim, a absorção é derivada como A =1 - | r | ² - | t | ² =- 2 η ² - 2 η . A condição de absorção máxima é ∂A / ∂η =0 ( ∂A ² / ∂η ² é real e negativo) e obtemos \ (\ eta =- \ frac {1} {2} \). Então, o limite de absorção máxima é A _máximo =0,5. Em nossa simulação, quando apenas um feixe incidente eu ₁ ilumina verticalmente no absorvedor proposto, devido às ressonâncias plasmônicas nos filmes duplos de grafeno, que são emergidos pela luz incidente através da matriz de silício para o mecanismo de ressonância de modo guiado, então o efeito de acoplamento entre os filmes duplos de grafeno leva ao duplo picos de absorção de banda, conforme demonstrado na Fig. 2. No entanto, os dois picos de absorção são menores que 0,5, o que está de acordo com o limite de absorção.

Os espectros de reflexão (R), transmissão (T) e absorção (A) do absorvedor à base de grafeno proposto com energias de Fermi E _{f 1} =0,66 eV e E _{f 2} =0,31 eV sob a iluminação de apenas um feixe incidente I ₁ no z direção

Então, quando eu ₁ e eu ₂ incidente verticalmente na estrutura proposta de lados opostos, o diagrama esquemático é mostrado na Fig. 1a. Enquanto isso, O ₁ e O ₂ também pode ser assumido como as intensidades das luzes emergentes da parte inferior e superior do CPA proposto. A relação entre as luzes incidentes e as luzes emergentes é demonstrada pela matriz de dispersão:
$$ \ left [\ begin {array} {c} {O} _2 \\ {} {O} _1 \ end {array} \ right] =\ left [\ begin {array} {cc} {r} _ { 11} &{t} _ {12} \\ {} {t} _ {21} &{r} _ {22} \ end {array} \ right] \ left [\ begin {array} {c} {I } _1 \\ {} {I} _2 \ end {array} \ right] $$ (2)
Quando o limite de absorção incoerente é satisfeito (ou seja, r ₁₁ = r ₂₂ =- 0,5 e t ₁₂ = t ₂₁ =0,5), considerando a relação I ₂ = αI ₁ exp ( iφ + ikz ) com z =0, a absorção coerente A _co do CPA baseado em grafeno proposto é expresso como [36]:
$$ {A} _ {\ mathrm {co}} =1- \ frac {{\ left | {O} _1 \ right |} ^ 2 + {\ left | {O} _2 \ right |} ^ 2} { {\ left | {I} _1 \ right |} ^ 2 + {\ left | {I} _2 \ right |} ^ 2} =1- \ frac {1 + {\ alpha} ^ 2-2 \ alpha \ cos \ left (\ varphi \ right)} {2 \ left (1 + {\ alpha} ^ 2 \ right)} $$ (3)
Assim, de acordo com a Eq. (3), A _co pode ser manipulado alterando α e φ . Em particular, se α =1, A _co pode ser ajustado a partir do mínimo A _{co - min} =0 ao máximo A _{co - max} =1 quando φ varia de (2 N + 1) π para 2 Nπ .

Conforme ilustrado na Fig. 3, quando duas luzes incidentes com φ =0 e α =1 são iluminados coerentemente na estrutura proposta, picos de absorção perfeita de banda dupla podem ser alcançados em λ ₁ =9611 nm e λ ₂ =9.924 nm, respectivamente. Além disso, em comparação com a absorção sob a iluminação de apenas um feixe incidente, a absorção do CPA baseado em grafeno proposto foi significativamente aumentada. É importante notar que devido à sua característica simétrica de centro, o CPA proposto também se mostra insensível à polarização. Conforme mostrado na Fig. 3, se as luzes incidentes com p ou s polarização, o espectro de absorção permanece o mesmo.

Os espectros de absorção do absorvedor à base de grafeno proposto sob a iluminação de apenas um feixe incidente (curva vermelha), e sob iluminação coerente com p polarização (curva azul) e polarização s (curva preta)

Para demonstrar claramente as características do CPA proposto, ilustramos os campos magnéticos em torno do guia de onda de grafeno de camada dupla nos comprimentos de onda dos picos de absorção. Conforme descrito na Fig. 4a, b, os campos magnéticos em torno de duas camadas de grafeno são reunidos e presos nos comprimentos de onda dos picos de absorção. No entanto, para o filme de grafeno superior, os campos magnéticos estão principalmente confinados entre os quadrados de silício e o filme de grafeno superior, que correspondem ao modo plasmônico localizado. Além disso, uma vez que outro filme de grafeno é adicionado abaixo do filme de grafeno superior, as energias da luz serão transferidas da camada superior para a inferior devido à ressonância de modo guiado. Em seguida, o efeito de acoplamento entre a camada superior de grafeno e a inferior potencializa os campos ópticos e concentra as energias luminosas na estrutura proposta, o que leva aos picos de absorção de banda dupla, conforme mostrado na Fig. 3. Por outro lado, no comprimento de onda de 9000 nm, existem poucos campos ópticos reforçados em torno de dois filmes de grafeno, porque está longe dos comprimentos de onda de ressonância, como demonstrado na Fig. 4c.

Perfis de contorno de campos magnéticos normalizados do CPA baseado em grafeno proposto ( a ) em λ ₁ =9611 nm, ( b ) λ ₂ =9.924 nm, e ( c ) λ ₃ =9000 nm

Em seguida, com o objetivo de exibir todas as características de modulação óptica, demonstramos a absorção coerente do absorvedor proposto com diferentes diferenças de fase φ , conforme ilustrado na Fig. 5. Enquanto isso, a amplitude relativa α de luzes incidentes coerentes é definido como 1, e os outros parâmetros estruturais são mantidos iguais aos da Fig. 1. Conforme representado na Fig. 5a, b, aumentando φ de 0 a π, dois picos de absorção em 9.611 nm e 9.924 nm diminuem continuamente de 0,982 e 0,993 para quase 0, respectivamente. Assim, o contraste de modulação pode ser tão alto quanto 34,8 dB e 35,2 dB nos dois picos de absorção coerentes com φ diferentes , que mostra uma propriedade de modulação totalmente óptica significativa.

A absorção do CPA proposto com diferença de fase diferente nos picos de a λ1 =9611 nm e b λ2 =9.924 nm, respectivamente

A seguir, para o nosso sistema de quatro camadas (matriz de silício-guia de onda de grafeno / camada de sílica / filme de grafeno / substrato de sílica), combinado com condições de contorno contínuas e as equações de Maxwell, a relação de dispersão pode ser expressa como [37]:
$$ \ exp \ left (-2 {k} _2 {d} _1 \ right) =\ frac {1+ \ frac {\ varepsilon_2 {k} _1} {\ varepsilon_1 {k} _2}} {1- \ frac {\ varejpsilon_2 {k} _1} {\ varejpsilon_1 {k} _2}} \ bullet \ frac {\ left (1+ \ frac {\ varejpsilon_2 {k} _3} {\ varejpsilon_3 {k} _2} \ right) \ left (1+ \ frac {\ varepsilon_3 {k} _4} {\ varepsilon_4 {k} _3} \ right) + \ left (1- \ frac {\ varejpsilon_2 {k} _3} {\ varepsilon_3 {k} _2} \ right ) \ left (1- \ frac {\ varepsilon_3 {k} _4} {\ varepsilon_4 {k} _3} \ right) \ exp \ left (-2 {k} _3 {d} _g \ right)} {\ left ( 1- \ frac {\ varepsilon_2 {k} _3} {\ varepsilon_3 {k} _2} \ right) \ left (1+ \ frac {\ varepsilon_3 {k} _4} {\ varepsilon_4 {k} _3} \ right) + \ left (1+ \ frac {\ varepsilon_2 {k} _3} {\ varepsilon_3 {k} _2} \ right) \ left (1- \ frac {\ varepsilon_3 {k} _4} {\ epsilon_4 {k} _3} \ direita) \ exp \ left (-2 {k} _3 {d} _g \ right)} $$ (4)
onde, ε _i e k _i ( eu =1, 2, 3, 4) são as permissividades e vetores de onda do guia de onda de grafeno-matriz de silício ( i =1), camada de sílica ( i =2), filme de grafeno ( i =3), e substrato de sílica ( i =4), respectivamente. d _g é a espessura do grafeno. Assim, ao manipular adequadamente as energias de Fermi de dois filmes de grafeno, as características dos modos plasmônicos sustentados por dois filmes de grafeno poderiam ser controlados de forma significativa e independente. Como visto na Fig. 6a, b, o espectro de absorção do CPA proposto pode ser flexível e separadamente manipulado alterando as energias de Fermi do filme de grafeno da camada inferior ou da camada superior. Quando a energia Fermi E _{f 1} do grafeno da camada superior permanece inalterado e a energia de Fermi E _{f 2} de grafeno de camada inferior diminui de 0,31 para 0,27 eV, o pico de absorção em λ ₁ muda para o vermelho e mantém o valor quase inalterado, enquanto o pico de absorção em λ ₂ reduz rapidamente e até mesmo desaparece sob E _{f 2} =0,27 eV, como mostrado na Fig. 6a. Pelo contrário, quando E _{f 2} aumenta de 0,31 para 0,37 eV, o pico de absorção em λ ₁ reduz rapidamente e quase desaparece sob E _{f 2} =0,37 eV, enquanto o pico de absorção em λ ₂ muda para o azul e mantém o valor quase inalterado. Assim, o absorvedor perfeito proposto de banda dupla pode ser alterado para absorvedor perfeito de banda estreita alterando separadamente o E _{f 2} . Por outro lado, quando E _{f 2} permanece inalterado e E _{f 1} aumenta de 0,62 a 0,72 eV, ambos os picos de absorção mudam para o azul e mantêm seus valores quase inalterados em uma ampla faixa de comprimento de onda, o que demonstra uma característica significativamente ajustável. Comparado com os outros absorvedores baseados nos padrões discretos de grafeno, é importante notar que dois filmes de grafeno do CPA proposto estão na forma contínua, o que é mais conveniente para obter excelente sintonização.

Os espectros de absorção em função do comprimento de onda e dos níveis de Fermi de a grafeno da camada inferior e b grafeno da camada superior. Os outros parâmetros estruturais são os mesmos da Fig. 1

Além disso, investigamos as influências de diferentes parâmetros de estrutura na absorção óptica do CPA proposto, como mostrado na Fig. 7. Uma vez que cada quadrado de silício atua como um ressonador Fabry-Perot para o modo plasmônico localizado, e o comprimento de onda ressonante é notavelmente sensível à largura dos quadrados de silício. Assim, como mostrado na Fig. 7a, quando o w é aumentado, os picos de absorção de banda dupla são ambos desviados para o vermelho devido ao incremento do comprimento de onda de ressonância efetivo do modo de plasmon localizado. Além disso, o fator de enchimento aumentará com w , que reforça ainda mais a intensidade do aumento do campo e da concentração entre o quadrado de silício vizinho e o grafeno interno. Assim, a eficiência de absorção aumentará em primeiro lugar com w . No entanto, com o aumento contínuo do fator de preenchimento, muitas áreas de grafeno serão cobertas por quadrados de silício. Como resultado, a eficiência de absorção diminuirá subsequentemente com o incremento de w. Então, como mostrado na Fig. 7b, os picos de absorção também serão visivelmente desviados para o vermelho com o incremento de p , porque o comprimento de onda ressonante do modo plasmon localizado torna-se maior. Além disso, é notado que a frequência ressonante do modo plasmônico suportado pelo grafeno da camada inferior depende fortemente da distância de separação d ₁ . Conforme mostrado na Fig. 7c, quando d ₁ for aumentada, a força de acoplamento de campo próximo entre os modos de ressonância das camadas superior e inferior se tornará cada vez mais fraca, o que leva os picos de absorção de banda dupla eventualmente a degenerar em um único pico. Enquanto isso, também investigamos a absorção do CPA proposto com diferentes arranjos dielétricos. Conforme mostrado na Fig. 7d, os desempenhos do CPA de banda dupla com o TiO ₂ array ( n _T =2.9) ou a matriz GaSb ( n _G =3,8) não é melhor do que aquele com matriz de silício. Além disso, é importante notar que os comprimentos de onda dos picos de absorção são desviados para o vermelho com o incremento do índice de refração do arranjo dielétrico.

Absorção de luz do CPA proposto com a diferente p , b w , c d ₁ , e d matriz dielétrica diferente, respectivamente. Os outros parâmetros são iguais aos da Fig. 2

Conclusão

Como mencionado antes, a maioria dos absorvedores perfeitos baseados em grafeno relatados são sensíveis à polarização e focados na banda estreita ou absorvedores perfeitos de banda larga, absorvedores perfeitos baseados em grafeno de banda dupla raramente são investigados no regime de infravermelho médio. Neste artigo, projetamos um CPA de banda dupla ajustável e insensível à polarização no regime de infravermelho médio, e as características de absorção correspondentes são discutidas usando a matriz de espalhamento e simulação FDTD, que ilustram que os picos de absorção perfeita de banda dupla são alcançado em 9.611 nm e 9.924 nm, respectivamente. Além disso, devido à sua característica central simétrica, o CPA proposto também exibe insensibilidade à polarização. Enquanto isso, os picos de absorção coerentes podem ser modulados opticamente alterando a fase relativa entre duas luzes incidentes reversas. Além disso, ao manipular as energias de Fermi de duas camadas de grafeno, dois picos de absorção coerentes podem se mover em uma ampla faixa de espectro, e nosso CPA projetado também pode ser alterado de CPA de banda dupla para CPA de banda estreita. Por outro lado, para o CPA proposto, metamateriais de sub comprimento de onda baseados em quadrados de silício podem ser integrados para a tecnologia CMOS atual, e grafeno crescido por deposição química de vapor (CVD) pode ser transferido sobre a camada de sílica usando técnicas de transferência padrão [38]. Além disso, em comparação com os dispositivos baseados em grafeno padronizado, nossa estrutura mantém o grafeno na forma contínua, o que tem a vantagem de preservar a alta mobilidade do grafeno e simplificar os processos de fabricação e também a configuração de dopagem. Nos últimos anos, alguns grupos de pesquisa tentaram projetar alguns dispositivos baseados em grafeno em um experimento baseado nos métodos acima [39,40,41]. Portanto, acreditamos que é possível fabricar nossa estrutura proposta com processamento semelhante, e nosso CPA baseado em grafeno proposto pode encontrar algumas aplicações potenciais no campo do desenvolvimento de dispositivos nanofotônicos no regime de infravermelho médio.

Disponibilidade de dados e materiais

Todos os dados gerados ou analisados durante este estudo estão incluídos neste artigo publicado.

Abreviações

2D:: Bidimensional
CPA:: Absorvente perfeito coerente
FDTD:: Domínio do tempo de diferença finita
ITO:: Óxido de índio estanho
SPPs:: Polaritons de plasmon de superfície
TMDCs:: Dichalcogenetos de metais de transição

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