[发明专利]基于周期性石墨烯结构吸收特性的太赫兹开关及控制方法

权利要求书

1.一种基于周期性石墨烯结构吸收特性的太赫兹开关，所述太赫兹开关包括：多层石墨烯阵列以及绝缘介质层；其中，所述多层石墨烯阵列之间互相平行；每相邻的两层石墨烯阵列之间设置绝缘介质层，石墨烯阵列贴在绝缘介质层的表面；其特征在于，每一层石墨烯阵列包括多个石墨烯单元，多个石墨烯单元排列成具有周期性的二维结构；各层石墨烯阵列的石墨烯单元具有不同的有效长度；电磁波垂直输入至多层石墨烯阵列，依次经过多层石墨烯阵列和绝缘介质层后垂直输出；在绝缘介质层的最外层的两个表面施加垂直的偏置电压；石墨烯阵列的共振吸收频率f_r反比于石墨烯单元的有效长度L的开方，由于各层石墨烯阵列的石墨烯单元具有不同的有效长度，从而各层石墨烯阵列具有不同的共振吸收峰，多层石墨烯阵列叠加得到多个不同频率的共振峰，从而获得更宽的吸收带宽；并且，共振吸收频率f_r正比于石墨烯单元的化学势μ_c的开方，通过改变偏置电压改变石墨烯单元的化学势，进而调节石墨烯阵列的共振吸收频率，从而控制相应频率的输入电磁波的通断，实现开关功能；有效长度对于圆形的石墨烯单元，是指石墨烯单元的直径，对于多边形的石墨烯单元，是指石墨烯单元的边长。

2.如权利要求1所述的太赫兹开关，其特征在于，所述绝缘介质层采用二氧化硅、聚酰亚胺和环烯烃聚合体树脂中的一种；所述绝缘介质层的厚度为2～10微米。

3.如权利要求1所述的太赫兹开关，其特征在于，所述每一层石墨烯阵列中的石墨烯单元的厚度为0.6～2纳米，有效长度为1.5～3.5微米。

4.如权利要求1所述的太赫兹开关，其特征在于，所述每一层石墨烯阵列包括M×N个石墨烯单元，其中，M和N均为自然数且在50～1000之间。

5.如权利要求1所述的太赫兹开关，其特征在于，所述通过改变偏置V_app电压改变石墨烯的化学势μ_c，满足如下关系：

其中，ε_r为绝缘介质层的介电常数，ε₀为真空介电常数，e为电子电量，t为绝缘介质层的厚度。

6.如权利要求1所述的太赫兹开关，其特征在于，所述石墨烯阵列的周期长度为3～30微米。

7.一种基于周期性石墨烯结构吸收特性的太赫兹开关的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

1)电磁波垂直输入至多层石墨烯阵列，依次经过多层石墨烯阵列和绝缘介质层后垂直输出；

2)在绝缘介质层的最外层的两个表面施加垂直的偏置电压；

3)石墨烯阵列的共振吸收频率f_r反比于石墨烯单元的有效长度L的开方，由于各层石墨烯阵列的石墨烯单元具有不同的有效长度，从而各层石墨烯阵列具有不同的共振吸收峰，多层石墨烯阵列叠加得到多个不同频率的共振峰，从而获得更宽的吸收带宽；

4)共振吸收频率f_r正比于石墨烯单元的化学势μ_c的开方，通过改变偏置电压改变石墨烯单元的化学势，进而调节石墨烯阵列的共振吸收频率，从而控制输出的电磁波相应频率的通断，实现开关功能。

8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，在步骤4)中，通过改变偏置V_app电压改变石墨烯的化学势μ_c，满足如下关系：

其中，ε_r为绝缘介质层的介电常数，₀为真空介电常数，e为电子电量，t为绝缘介质层的厚度。