[发明专利]一种基于狄拉克材料的可调三频段THz超材料吸收器

说明书

本发明公开了一种基于狄拉克材料的可调三频段THz超材料吸收器，包括金属吸收层、介质层、反射层组成的晶格单元，所述反射层为狄拉克材料。反射层接收外部激励，来调节反射层的费米能级，来调节吸收层和反射层之间的等效电容，从而实现吸收器的频率可调节的特性。

技术领域

本发明涉及超材料吸收器领域，具体涉及一种基于狄拉克材料的可调三频段THz超材料吸收器。

背景技术

传统的超材料吸收器的结构是由三层结构组成，上层为吸收层、中间为介质层、下层为金属反射层，吸收器的频率特性可以用传输线模型进行等效，采用RLC对频率特性进行分析。

随着研发的方向不同，在对超材料吸收器的研究中，常见的有定频和可调频，也有单频和多频设计，一般对于可调频的设计的研究是对吸收层的谐振单元进行设计，常见的有石墨烯材料设计的谐振单元，在石墨烯材料设计的谐振单元里，需要设置电极，通过外部加入电压，来改变调谐两石墨烯圆盘的费米能，从而控制两石墨烯圆盘的谐振特性以及石墨烯圆盘之间的近场耦合特性。相当于是改变谐振单元的中电容的大小，从而实现频率的调节。但由于石墨烯非常薄，在增加电极时，需要非常复杂的处理方法才能实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于狄拉克材料的可调三频段THz超材料吸收器，该结构能在结构较厚的反射层来实现对频率的调节。

本发明的具体技术方案为：

包括上下层叠的金属吸收层、介质层、反射层组成的晶格单元，所述反射层为狄拉克材料。狄拉克材料(Dirac Semimetal，DS)。

反射层可以外加电压激励改变材料的费米能级，从而实现吸收器频率可调的特性。

在本发明中，将传统的金属反射层改为狄拉克材料，狄拉克材料又称为狄拉克半金属，狄拉克半金属是一种全新的奇特拓扑量子材料。这种材料的电子形成了三维的狄拉克锥结构，这种材料的电子结构具有非平庸的拓扑性质，它也有和拓扑绝缘体类似的表面态。

在本发明中，通过在反射层外部增加电压激励改变狄拉克材料的费米能级，从而对吸收器的频率进行调节。在本发明的THz吸收器的传输模型中，吸收层和反射层之间形成等效电容，吸收层金属环之间形成等效电容，当施加在反射层电压改变时，DS材料的费米能级将随之改变导致吸收层和反射层之间的等效电容发生变化，所以当改变反射层的电压时就可以调节THz吸收器的吸收频率。本发明将DS材料作为反射层来调节其费米能级来实现吸收器频率可调的特性，相对于石墨烯施加电压的缺点，采用DS材料只需要改变吸收器的公共反射层的偏置电压就可以完成所有吸收单元的频率调节。因此，采用DS材料作为反射层，有着较高可行性，另外石墨烯由于厚度的原因无法作为吸收器的反射层。

另外，透射率一般随着电导率的增大而减小，当本发明对狄拉克材料的反射层加电压时，狄拉克材料表现出良好的电导率增大，因此，可以在加电压情况下，实现对太赫兹波段透射率近乎为0的控制，以实现对太赫兹波的近乎100％吸收。同时，由于本发明的是对狄拉克材料的费米能级的控制，可以实现在反射层的控制下，实现对吸收率的连续控制，可以做到任意吸收率。而传统对反射层的吸收控制，只能做到二值状态，只能控制吸收或不吸收，无法控制吸收5，10％，这种中间值的控制，即只能做到近乎100％或0，这种开关状态，无法做到连续变化的控制。

总的来说，本发明利用对狄拉克材料的费米能级的控制，在本领域中充当反射层，做到可以对吸收率的多级控制，也能做到对频率的调节。因此只需一个改变，即可实现2种功能。且狄拉克材料是三维材料，厚度可以满足趋附深度的需要，适合充当反射层。

优选的，为了实现多频段的吸收，所述金属吸收层为双环结构的金属层。