Dispositivo multifuncional con funciones conmutables de absorción y conversión de polarización en el rango de terahercios

Resumen

Los componentes de ondas electromagnéticas (EM) de terahercios suelen tener una única función, por ejemplo, solo pueden convertir el estado de polarización de una onda incidente o absorber la energía incidente, lo que sería una limitación para sus aplicaciones. Para lograr un gran avance, en este documento se propone un dispositivo multifuncional (MFD), y es capaz de cambiar entre el modo de absorción y el modo de conversión de polarización. El dispositivo tiene una estructura simple y de perfil bajo, y está construido con una metasuperficie absorbente (AM) basada en grafeno y una metasuperficie de conversión de polarización basada en oro (PCM). Controlando el potencial químico ( μ _c ) del grafeno, el papel principal se transfiere entre el AM y el PCM, lo que conduce a modos de absorción orientables y conversión de polarización (PC). Para el modo PC, la tasa de conversión de polarización simulada (PCR) es superior a 0,9 en la banda de 2,11 a 3,63 THz (53,0% a 2,87 THz). Para el modo de absorción, la absortividad simulada es superior al 80% en la banda de 1,59–4,54-THz (96,4% a 3,06 THz). Se discuten los mecanismos físicos y las características operativas del MFD. Esta investigación tiene aplicaciones potenciales en imágenes de terahercios, sensores, fotodetectores y moduladores.

Introducción

Los absorbedores y convertidores de polarización, capaces de regular ondas electromagnéticas (EM), son dos dispositivos cruciales para la tecnología de terahercios. Tienen aplicaciones significativas en sensores, fotodetectores y moduladores, y son indispensables en diagnóstico / imágenes médicas, monitoreo y vigilancia ambiental, espectroscopía química, radar de alta resolución y comunicación de alta velocidad [1, 2, 3, 4]. Los absorbentes se utilizan para absorber y disipar la onda EM que incide, mientras que los convertidores de polarización tienen la capacidad de regular el estado de polarización de la onda iluminadora. Estos dispositivos han sido ampliamente estudiados en los últimos años [4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24 ].

Se ha encontrado que las metauperficies tienen una absorción perfecta en el rango de ondas de terahercios [5,6,7,8]. Esta metasuperficie se puede construir con patrones de oro o patrones de grafeno. Los patrones de oro incluyen resonador de anillo acoplado y estructura en forma de cruz [5], resonador de oro en forma de cruz [6] y resonadores de oro en forma de cruz de tres capas [9]. Sin embargo, los anchos de banda de estos absorbedores de metasuperficie de oro son bastante estrechos. El grafeno, que soporta plasmones de superficie en el rango de terahercios [10, 11], es un buen material para diseñar absorbentes basados en metasuperficies con un ancho de banda amplio. El patrón de grafeno de red alcanza un ancho de banda del 59,4% a 3,2 THz [12], la estructura de anillo doble con resonancias plasmónicas hibridadas obtiene un ancho de banda de 1,18-1,64 THz (32,6%) [13], las nueve capas de cintas de grafeno de diferentes tamaños logra una buena absorción de 3 a 7,8 THz (88,9%) [14], y las tiras de grafeno de patrón asimétrico de tres capas grabadas con agujeros en [15] tienen un ancho de banda de 84,6% (4,7-11,6 THz). Aunque la monocapa de dicalcogenuros de metales de transición y la matriz periódica de nano-surcos de metal tiene un ancho de banda estrecho, absorbe la luz en un ángulo amplio [16]. En [17], monocapa MoS ₂ se aplica a una matriz de nanodiscos de nitruro de titanio, que alcanza una absorción media del 98,1% en la banda de 400 a 850 nm (72%).

Por otro lado, las metasuperficies tienen un alto rendimiento en la conversión de polarización. Los metales nobles, como el oro, tienen una alta eficiencia para el diseño de convertidores de polarización basados en metasuperficie. El patrón doble en forma de L con dos rejillas metálicas en [18] gira una polarización lineal (LP) en 90 °. El ancho de banda del convertidor en [18] es 0,2-0,4 THz (66,7%). El patrón doble en forma de L y la rejilla con resonancia similar a Fabry-Perot logran un ancho de banda de 0,55 a 1,37 THz (85,4%) [19]. Las metasuperficies de tres capas forman un convertidor de un cuarto de onda para convertir una onda LP incidente en una onda de polarización circular (CP), en un ancho de banda de 2,1 a 8 THz (116,8%) [20]. La estructura de semianillo elíptico con tira cargada en [21] es capaz de realizar una conversión de polarización cruzada tanto LP como CP con un ancho de banda de 2,1-2,9 THz (32%). Las metasuperficies de grafeno aplicadas para el convertidor de polarización generalmente realizan la función de sintonización de frecuencia o estado de polarización. Los diseños en [22, 23] obtienen rotación de polarización grabando ranuras / huecos periódicamente en láminas de grafeno, y las frecuencias de operación se pueden sintonizar dinámicamente ajustando el potencial químico ( μ _c ). Los patrones periódicos de grafeno [24] y las rejillas de grafeno cruzadas dobles [25] sintonizan los estados de polarización. El diseño de [21] aplica tiras de grafeno en el suelo para alterar las distribuciones de campo; luego, se puede regular la tasa de conversión de polarización.

Aunque los absorbedores y convertidores de polarización mencionados anteriormente son muy eficientes, estos dispositivos tienen una sola función. No se adaptan a los sistemas de terahercios que requieren dispositivos portátiles, compactos y multifuncionales. Por lo tanto, los dispositivos multifuncionales (MFD) son importantes. En esta investigación, se propone un MFD, capaz de cambiar entre el modo de absorción y el modo de conversión de polarización. El MFD propuesto tiene una estructura simple y de bajo perfil al ensamblar una metasuperficie de conversión de polarización (PCM) basada en oro y una metasuperficie absorbente (AM) basada en grafeno. Luego, estableciendo el potencial químico del grafeno μ _c =0 eV, el AM se neutraliza y el PCM juega un papel dominante, y el dispositivo rota la polarización de una onda EM incidente. Configurando μ _c =0,7 eV, el AM toma el papel principal y el dispositivo absorbe la onda EM incidente.

Métodos

Para obtener la capacidad de cambiar entre los modos de absorción y conversión de polarización (PC), el MFD incluye dos categorías de metasuperficies como se muestra en la Fig. 1. Un tipo es la metasuperficie absorbente (AM) y el otro tipo es la metasuperficie PC (PCM). Una configuración típica del MFD, como se presenta en la Fig. 1, incluye estructura PCM, estructura AM, espejo metálico y aisladores para separarlos. Se supone que, en el modo de absorción, el AM domina la onda que choca y disipa la potencia incidente, y el PCM es inútil en este modo. En el modo PC, el AM debe neutralizarse y el PCM juega un papel principal; por lo tanto, se convierte el estado de polarización de la onda incidente. Para lograr las afirmaciones anteriores, el punto clave es la neutralización del AM en el modo PC. Por lo tanto, el material sintonizable debe usarse para construir el AM, en el que se pueden sintonizar las propiedades del AM. Afortunadamente, el grafeno demuestra una movilidad electrónica ultra alta y una conductividad sintonizable ajustando su nivel de dopaje o rejilla eléctrica [26, 27]. Por lo tanto, es recomendable utilizar grafeno para el diseño de AM. La conductividad del grafeno se puede expresar mediante la fórmula de Kubo (1) e incluye contribuciones intrabanda e interbanda.

$$ {\ Displaystyle \ begin {array} {l} {\ sigma} _s ={\ sigma} _ {\ operatorname {int} \ mathrm {ra}} \ left (\ omega, {\ mu} _c, \ varGamma , T \ right) + {\ sigma} _ {\ operatorname {int} \ mathrm {er}} \ left (\ omega, {\ mu} _c, \ varGamma, T \ right) \\ {} {\ sigma} _ {\ operatorname {int} \ mathrm {ra}} \ left (\ omega, {\ mu} _c, \ varGamma, T \ right) =- j \ frac {e ^ 2 {k} _BT} {\ pi { \ mathrm {\ hslash}} ^ 2 \ left (\ omega -j2 \ Gamma \ right)} \ left (\ frac {\ mu_c} {k_BT} +2 \ ln \ left ({e} ^ {- \ frac { \ mu_c} {k_BT}} + 1 \ right) \ right) \\ {} {\ sigma} _ {\ operatorname {int} \ mathrm {er}} \ left (\ omega, {\ mu} _c, \ varGamma , T \ right) \ cong -j \ frac {e ^ 2} {4 \ pi \ mathrm {\ hslash}} \ ln \ left (\ frac {2 \ left | {\ mu} _c \ right | - \ left (\ omega -j2 \ Gamma \ right) \ mathrm {\ hslash}} {2 \ left | {\ mu} _c \ right | + \ left (\ omega -j2 \ Gamma \ right) \ mathrm {\ hslash} \ Big)} \ right) \ end {array}} $$ (1)

Configuración típica de un MFD

donde e , ℏ, k _B , T y μ _c representan la carga de un electrón, la constante de Planck reducida, la constante de Boltzmann, la temperatura de Kelvin y el potencial químico, respectivamente. El Γ es una tasa de dispersión fenomenológica, y se supone que es independiente de la energía ε . Por lo tanto, la conductividad compleja σ _s se puede ajustar ajustando el potencial químico ( μ _c ) con voltaje de polarización. Se encuentra en Eq. (1) eso para μ _c =0 eV, la conductividad del grafeno es muy pequeña debido a la baja densidad de portadores en este caso. Por tanto, el grafeno funciona como sustrato dieléctrico. Además, como la capa de grafeno es muy fina, tiene poco impacto en las ondas EM iluminadas para μ _c =0 eV. Sin embargo, la densidad de portadores del grafeno aumentaría con el aumento del potencial químico ( μ _c ) y la conductividad compleja ( σ _s ) del grafeno aumenta con un potencial químico creciente ( μ _c ) [26, 27]. Por lo tanto, el grafeno admite polaritones de plasmón de superficie (SPP) para grandes μ _c [26, 28,29,30], y las SPP limitan las ondas incidentes. Para mejorar aún más los SPP y lograr la absorción de ondas en ciertas frecuencias, se deben grabar estructuras periódicas en la capa de grafeno para formar una metasuperficie, que se llama AM. Por lo tanto, al configurar μ _c =0, la AM se puede considerar como un sustrato dieléctrico delgado y es casi transparente a la onda EM. De este modo, la onda EM incidente se puede concentrar en la capa PCM y el dispositivo funciona en modo PC. Para un tamaño apropiado de μ _c , los SPP mejorados de AM limitan la mayor parte de la onda EM incidente, lo que hace que la capa PCM sea inútil. Por lo tanto, las ondas EM incidentes se disipan en la capa AM.

De acuerdo con la discusión anterior, se propone un MFD de bajo perfil con PCM a base de oro y AM a base de grafeno como se muestra en la Fig. 2. La Figura 2a es una vista 3D de una celda. En la figura se encuentra que una capa de PCM a base de oro está impresa en la parte superior del polímero TOPAS del sustrato [31]. El patrón PCM es una estructura dual en forma de L con banda ancha y buenas características de conversión de polarización [18, 19]. Como se demuestra en la Fig. 2a, se inserta un AM basado en grafeno en el sustrato de polímero TOPAS con una distancia h ₁ al PCM. Para dotar a la MA basada en grafeno de un papel dominante en el modo de absorción, la MA debe tener fuertes SPP a un cierto potencial químico ( μ _c ) para confinar la mayor parte de la energía incidente y neutralizar el PCM. Para este propósito, se graban patrones de ranuras cruzadas en una capa de grafeno, como se muestra en la Fig. 2b. Se supone que los patrones entre ranuras traen cambios periódicos ( σ =0) a la conductividad del complejo de uniformidad del grafeno, que conduce a la reordenación y el enfoque de la densidad de carga. Por lo tanto, los SPP se generan y mejoran. La estructura de ranuras cruzadas, como se muestra en la Fig. 2b, es capaz de concentrar portadores y campos alrededor de las ranuras, lo que asegura SPP fuertes. Las longitudes de las ranuras de l ₁ y l ₂ están optando por asegurar que las resonancias del AM caigan dentro del alcance operativo del PCM; por lo tanto, una celda del AM tiene patrones de ranuras cruzadas de 3 × 3. Tenga en cuenta que el PCM y el AM se mueven y funcionan de forma independiente, ya que su encendido y apagado está controlado por el potencial químico ( μ _c ); por lo tanto, el patrón PCM y el patrón AM podrían ser otras arquitecturas. El polímero TOPAS es un excelente material de sustrato para el diseño de terahercios de banda ancha, y su índice de refracción es de aproximadamente 1,53 con una pérdida muy baja. Se imprime una capa de oro en la parte inferior del sustrato de polímero TOPAS para una reflexión total. La capa de oro está soportada por un sustrato, que puede ser Si. El espesor del oro es de 200 nm. Tenga en cuenta que el material de soporte no tiene ningún efecto sobre el rendimiento del MFD ya que no hay ondas que penetren en la capa de oro. Como se demuestra a partir de una vista en 3D de la matriz en la Fig. 2c, el potencial químico se puede ajustar polarizando el voltaje. El MFD se puede fabricar repitiendo el proceso de crecimiento y transferencia [32, 33]. Se supone que el grafeno AM tiene T =300 K y tiempo de relajación del impulso τ =0,1 ps. Para el modo PC, μ _c =0 eV. El potencial químico para el modo de absorción es μ _c =0,7 eV. Los parámetros optimizados del MFD son h ₀ =17 micras, h ₁ =1,5 micras, l ₀ =24 μm, W ₀ =2 micras, l ₁ =14 micras, l ₂ =19,8 μm y p =50 μm.

Vista esquemática del MFD propuesto con modos de conversión de absorbancia y polarización. un Vista 3D de una celda. b Vista superior del grafeno AM en una celda. c Vista 3D de la matriz

Resultados, mecanismos físicos y discusión

Resultados

Se simuló el MFD propuesto y se calcularon la tasa de conversión de polarización (PCR) y la absortividad del MFD propuesto. Como se muestra en la Fig. 3a, los análisis de onda completa se realizan en CST Studio Suite con un solucionador de dominio de frecuencia. Por lo tanto, los límites de las celdas unitarias se establecen en los lados de la periferia y se establece un puerto de floquet en la parte superior de la región de cálculo. La PCR y la absortividad de la estructura sin AM también se representan en la figura para comparar. Tenga en cuenta que la PCR y la absortividad se pueden calcular a través de los coeficientes de reflexión de la estructura, ya que no hay transmisión debido a la capa de oro [34]. Aquí, los términos se definen explícitamente de acuerdo con y -iluminación polarizada. El campo eléctrico del y -La onda de incidencia polarizada se define como E _iy , y la onda reflejada incluye una y -campo eléctrico polarizado ( E _ry ) y x -flujo eléctrico polarizado ( E _rx ). Entonces, los coeficientes de reflexión de copolarización y polarización cruzada se definen como r _yy = E _ry / E _iy y r _xy = E _rx / E _iy , respectivamente. Por lo tanto, la PCR y la absortividad se pueden calcular mediante las Ecs. (2) y (3), respectivamente. Tenga en cuenta que la PCR y la absortividad de x -La incidencia polarizada se puede calcular de forma análoga de acuerdo con las Ecs. (2) y (3).

PCR y cálculo de la absortividad del MFD propuesto. un Modelo de simulación. b Resultados calculados del modo PC y el modo de absorción; los resultados de la estructura sin AM también se demuestran a modo de comparación. b La PCR y la absortividad de la estructura sin AM se representan como la curva roja con la marca del círculo sólido y la curva carmín con la marca del círculo semisólido, respectivamente. Para el modo PC del MFD propuesto, la PCR y la absortividad se representan como la curva azul con una estrella sólida de cinco puntas y la curva cian con una marca delta semisólida, respectivamente. Para el modo de absorción del MFD propuesto, la absortividad se representa como la curva azul oculta con la marca de esfera completa

$$ \ mathrm {PCR} ={r ^ 2} _ {xy} / \ left ({r ^ 2} _ {yy} + {r ^ 2} _ {xy} \ right) $$ (2) $$ \ mathrm {Abs}. =1- {r ^ 2} _ {yy} - {r ^ 2} _ {xy} $$ (3)

Como se muestra en la Fig. 3b, el MFD funciona en modo PC con μ _c =0 eV, y funciona en modo de absorción con μ _c =0,7 eV. En el modo PC, la estructura funciona como un convertidor de polarización y hace girar una onda incidente polarizada lineal a su onda de polarización ortogonal. Para el modo PC, la PCR es mayor que 0.9 en la banda 2.11-3.63-THz (53.0% a 2.87 THz), mientras que la absortividad es pequeña y varía de 0.14 a 0.27 en la banda. Para la estructura sin AM, tiene casi la misma banda de PCR que el modo PC, mientras que su absortividad varía de 0.06 a 0.09. En el modo de absorción, la mayor parte de la onda incidente se absorbe en la banda, como se muestra en la figura. Tenga en cuenta que la curva de PCR para el modo de absorción no se presenta porque no tiene sentido. La absortividad es superior al 80% en la banda de 1,59–4,54-THz (96,4% a 3,06 THz). Por lo tanto, al ajustar el potencial químico, la estructura propuesta puede cambiar entre el modo PC y el modo de absorción.

Mecanismos físicos

Para revelar más los mecanismos físicos de las características de conmutación de los dos modos, las densidades de energía eléctrica en el modo PC y el modo de absorción de la estructura se presentan en las Figs. 4 y 5, respectivamente. Las distribuciones de corriente del modo PC también se representan en la Fig. 4 para indicar la característica de conversión de polarización. Las distribuciones de corriente del modo de absorción no se ilustran ya que las corrientes se atenúan y disipan en este modo. Tenga en cuenta que las distribuciones de campo se obtienen en y -iluminaciones polarizadas.

Distribuciones de campo del modo PC ( μ _c =0 eV). un 2,56 THz. b 3,22 THz

Distribuciones de campo del modo de absorción ( μ _c =0,7 eV). un 1,7 THz. b 3,3 THz

Para el modo PC ( μ _c =0 eV), se eligen dos frecuencias de 2.56 THz y 3.22 THz para presentar sus distribuciones de campo en la Fig. 4a yb, respectivamente. Las partes de la izquierda de las figuras son las densidades de energía eléctrica y las partes de la derecha son las corrientes. Como se muestra en las figuras, las distribuciones de campo de 2,56 THz y 3,22 THz son muy similares entre sí, lo que implica una banda de funcionamiento amplia. De las densidades de energía eléctrica en las partes izquierdas de la Fig. 4a, b, las energías se concentran principalmente en las estructuras en forma de L (PCM). Se indica que el PCM juega un papel protagónico para μ _c =0 eV. De las corrientes en las partes correctas de la Fig. 4a, b, las corrientes de 2.56 THz y 3.22 THz también se concentran en el PCM, y las corrientes en el AM son débiles. Las flechas de la línea de puntos indican los vectores de las corrientes. El y -Las iluminaciones polarizadas generan x -corrientes vectoriales en las estructuras en forma de L, que logran la conversión de polarización.

Para el modo de absorción ( μ _c =0,7 eV), las densidades de energía eléctrica de 1,7 THz y 3,3 THz se muestran en la Fig. 5a yb, respectivamente. Como se muestra en la figura, las densidades de energía eléctrica de las dos frecuencias se distribuyen principalmente en el AM. También se encuentra que las energías se concentran en los patrones de ranuras cruzadas; por lo tanto, los efectos SPP se mejoran con las ranuras cruzadas en el AM. Los fuertes efectos de SPP conducen a una mejora del campo en el AM, lo que confiere al AM un papel dominante. Por lo tanto, las ondas incidentes se limitan y se disipan en la mañana. También se encuentra que todavía hay algunas energías esparcidas en el PCM, que no hacen una absorción perfecta, como un 80-90% de absortividad en la banda.

Discusión

Para revelar más las características del MFD propuesto, los estudios paramétricos se discuten en esta sección. Las figuras 6a yb presentan las características de PCR y absorción, respectivamente, en términos del potencial químico ( μ _c ). Como se muestra en la Fig. 6a, una μ más pequeña _c significa una menor conductividad del AM y el PCM tiene un papel más importante. Por lo tanto, se observa una buena PCR con μ _c =0 eV, y se deteriora al aumentar μ _c . La característica de absorción del MFD presenta una tendencia casi contraria como se muestra en la Fig. 6b. Con μ _c aumentado de 0 a 1 eV, los SPP en el AM están inspirados y mejorados. Por lo tanto, las ondas EM incidentes se limitan a la AM y se absorbe la energía. El μ _c =0,7 eV se elige para el ancho de banda más amplio. También se observa en la Fig. 6a que los valores de PCR alrededor de 1,85 THz son superiores al 80% para 0,7 eV < μ _c <1 eV; sin embargo, la mayoría de los poderes se disipan para estos μ _c s como se indica en la Fig. 6b. Por tanto, el potencial químico ( μ _c ) es un parámetro valioso para ajustar la PCR y las características de absorción.

Características del MFD propuesto para diferentes potenciales químicos ( μ _c ). un PCR. b Absorción

La absortividad del modo de absorción para diferentes ángulos de polarización ( φ ₁ y φ ₂ ) se muestra en la Fig. 7. Como se muestra en la Fig. 7a, el φ ₁ y φ ₂ son los ángulos de los campos eléctricos incidentes en relación con x - y y -ejes, respectivamente. Según la estructura simétrica del MFD, el φ ₁ y φ ₂ varió de 0 a 45 °. En la Fig. 7b, como φ ₁ aumentó de 0 a 45 °, la absortividad en la banda aumentó de 0.8 a casi 1, aunque la banda se estrecha un poco al aumentar φ ₁ . Como se muestra en la Fig. 7c, el aumento de φ ₂ degrada la absortividad alrededor de 2-3 THz, y se obtienen dos bandas de absorción alrededor de 1,7 THz y 4 THz.

Las características de absorción del modo de absorción ( μ _c =0,7 eV) bajo incidencia normal para diferentes ángulos de polarización ( φ ). un El φ ₁ y φ ₂ son el ángulo del campo eléctrico incidente con respecto a x- y y -ejes, respectivamente. b φ ₁ . c φ ₂

El rendimiento del modo de PC y el modo de absorción en términos de ángulo de incidencia ( θ ) se presentan en las Figs. 8 y 9, respectivamente. Las figuras 8a yb demuestran los gráficos de PCR de s - y p -Ondas incidentes polarizadas, respectivamente, con un ángulo de incidencia comprendido entre 0 y 80 °. Como se muestra en las figuras, el PCR se deterioró al aumentar θ ; sin embargo, también se obtienen buenas características de PCR para θ menor de 40 °. El ancho de banda de PCR es estable al ángulo de incidencia ( θ ). También se encuentra que el rendimiento de PCR de s -La incidencia polarizada es insensible al ángulo de incidencia ( θ ) para las frecuencias alrededor de 2,1 THz.

Las características de PCR del modo PC ( μ _c =0 eV) para diferentes ángulos de incidencia, iluminado por a s -polarizado y b p -ondas polarizadas

Las características de absorción del modo de absorción ( μ _c =0,7 eV) para diferentes ángulos de incidencia, iluminado por a s -polarizado y b p -ondas polarizadas

Para el modo de absorción, las gráficas de absortividad de s - y p -las ondas incidentes polarizadas se representan en la Fig. 9a yb, respectivamente, con el ángulo de incidencia ( θ ) osciló entre 0 y 80 °. En términos generales, la absortividad de las s -incidencia polarizada reducida al aumentar θ , y la absortividad es mayor que 0.8 para θ menor de 30 °. Es interesante encontrar que la absortividad de p -La onda EM incidente polarizada aumentó con el aumento de θ .

El parámetro de estructura h ₁ También se estudia para revelar más las múltiples funciones del dispositivo. Como el h ₁ se ajusta, se cambia la posición del AM. Tenga en cuenta que aquí no se analizan otros parámetros de estructura por motivos de simplicidad. Las Figuras 10a yb demuestran los resultados del modo PC y el modo de absorción, respectivamente. Como se muestra en la parte izquierda de la Fig. 10a, en modo PC, el h ₁ tiene poco impacto en el PCR. En la parte derecha de la Fig. 10b, las absorciones también son estables para h ₁ que van de 0,5 a 16,5 μm, aunque h más pequeñas ₁ tiene mayor absorción. Los resultados en la Fig. 10a verifican las discusiones en la sección "Métodos", y el AM funciona como un sustrato delgado en modo PC ( μ _c =0 eV). Para el modo de absorción ( μ _c =0,7 eV), el AM juega un papel protagónico; por lo tanto, el h ₁ es importante en este modo. Como se muestra en la parte izquierda de la Fig. 10a, el aumento de h ₁ Disminuir la absortividad. Esto se debe a que las múltiples reflexiones y superposiciones entre el AM y la capa de oro son importantes para inspirar a los SPP y mejorar los campos en el AM [35]. En la parte derecha de la Fig. 10b, se observa una buena PCR para h más grandes ₁ . Por lo tanto, en el diseño del MFD, el parámetro h ₁ solo se puede considerar en el modo de absorción, ya que tiene poco impacto en el modo de PC.

La PCR y la absorción en términos de h ₁ . un Modo PC ( μ _c =0 eV). b Modo de absorción ( μ _c =0,7 eV)

Conclusiones

En resumen, se propone un MFD de estructura simple y de perfil bajo combinando PCM a base de oro y AM a base de grafeno. El potencial químico ( μ _c ) se puede utilizar para activar o neutralizar la AM basada en grafeno, y luego, la estructura se puede transformar de absorbente a convertidor de polarización. Para el modo PC, la PCR es mayor que 0,9 en la banda de 2,11–3,63-THz (53,0% a 2,87 THz). Para el modo de absorción, la absortividad es superior al 80% en la banda de 1,59–4,54-THz (96,4% a 3,06 THz). El diseño puede aplicarse a sistemas de modulación, detección, fotodetección y generación de imágenes de terahercios.

Abreviaturas

AM:: Metasuperficie absorbente
CP:: Polarización circular
EM:: Electromagnético
LP:: Polarización lineal
MFD:: Dispositivo multifuncional
PC:: Conversión de polarización
PCM:: Metasuperficie de conversión de polarización
PCR:: Relación de conversión de polarización
SPP:: Polaritones de plasmón de superficie

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