文章提出了一種新的太赫茲等離子體傳感概念，該概念利用超表面耦合器在石墨烯帶上激發(fā)欺騙表面等離子體激元(SSPs)模式。介電超表面單元電池由石英襯底上具有不同半徑的兩個圓柱形硅棒組成。垂直入射的太赫茲波被超表面偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致襯底內(nèi)的橫波矢量與石墨烯帶支撐的SSPs波矢量相匹配。這使得在石墨烯帶表面有效激發(fā)SSPs模式，導(dǎo)致吸收共振在0.420-0.430 THz范圍內(nèi)，高質(zhì)量(Q)因子為152。將該裝置應(yīng)用于折射率傳感，研究結(jié)果表明，吸收光譜中的高Q共振隨目標(biāo)物質(zhì)折射率的變化而發(fā)生改變，靈敏度為110 GHz/RIU。本研究設(shè)計的結(jié)構(gòu)在痕量物質(zhì)吸收光譜檢測中具有重要的應(yīng)用潛力。
圖1. （a）基于超表面耦合激發(fā)石墨烯條帶上SSP模式的結(jié)構(gòu)示意圖；（b）超表面耦合器的電池結(jié)構(gòu)；（c）石墨烯帶的陣列結(jié)構(gòu)；（d）超表面耦合器實現(xiàn)偏轉(zhuǎn)后的電場強度分布。
圖2. （a）不同W
g、周期P
g=65μm的石墨烯條帶陣列上SSPs的色散關(guān)系。（b）某些圖表的放大結(jié)果。
圖3. （a）化學(xué)勢
μc=0.15eV時，石墨烯帶的吸收量與寬度W
g的關(guān)系；（b）吸收量與化學(xué)勢的關(guān)系。
圖4. 不同石墨烯條帶寬度在 SSP 諧振頻率下的電場分布。（a）W
g = 25 μm；（b）W
g = 30 μm；（c）W
g = 35 μm；（d）W
g = 40 μm。
圖5. 石墨烯條帶寬度 W
g 對不同折射率值
nd = 1.00–1.05 的吸收光譜的影響。（a）W
g = 25 μm；（b）W
g = 30 μm；（c）W
g = 35 μm；（d）W
g = 40 μm。（e）諧振頻率偏移和擬合靈敏度。
圖6. 石墨烯條帶化學(xué)勢對不同折射率值
nd = 1.00–1.05 的吸收光譜的影響。（a）
μc = 0.05 eV；（b）
μc = 0.1 eV；（c）
μc = 0.15 eV；（d）
μc = 0.2 eV。（e）諧振頻率偏移和擬合靈敏度。
相關(guān)研究成果由中國計量大學(xué)太赫茲技術(shù)與應(yīng)用研究所、中國計量大學(xué)信息工程學(xué)院電磁波信息技術(shù)與計量檢測實驗室Dexian Yan等人于2024年發(fā)表在Results in Physics (https://doi.org/10.1016/j.rinp.2024.107539 )上。原文：Refractive index sensing of spoof surface plasmon polaritons excited on graphene strips based on cylindrical dielectric metasurface coupling
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
