[发明专利]一种基于石墨烯和狄拉克半金属的全介质吸波器

说明书

本发明提供的是一种基于石墨烯和狄拉克半金属的全介质吸波器。其特征是：它由石墨烯层(1)、介质层(2)(3)和狄拉克半金属(4)组成，所述石墨烯层(1)为单层石墨烯。本发明在太赫兹波段有两个吸收峰，可通过外部激励分别改变石墨烯层(1)和狄拉克半金属(4)的费米能级从而实现对这两个吸收频率的调节，可对频率在3.96THz‑9.75THz之间的电磁波高效吸收。本发明具有吸收效率高，可调节范围广，极化不敏感等优点。

技术领域

本发明涉及的是一种基于石墨烯和狄拉克半金属的全介质吸波器，属于太赫兹超材料吸波领域。

背景技术

吸波器是可以有效吸收电磁波并使其不发生反射和透射的器件，电磁波并不会凭空消失，而是在吸波器内部转化为其他形式的能量消耗掉。这种性质应用于军事领域中，就可以吸收雷达发出的电磁波信号，从而使飞行器具有“隐身”功能。利用对电磁波的高吸收率，还可用于高保真成像领域和热探测领域。

现有的用于太赫兹波的超材料吸波器，通常是由金属薄膜做反射层，中间介质层，顶部是图案化的超材料。发明人在研究过程中发现，现有的技术至少存在以下缺点：现有的吸波器大多把金属放在底层来反射电磁波，然而金属结构易被氧化、易碎易破裂，影响器件的稳定性。此外针对吸收频率的调节方法，大多通过改变表面超材料的费米能级实现，调节范围较小。为对以上问题进行优化改进，发明人设计了一种基于石墨烯和狄拉克半金属的全介质吸波器，该吸波器不含金属，相比含金属的吸波器来说稳定性更好；可通过外部激励分别改变石墨烯和狄拉克半金属的费米能级，对吸收频率进行双调节，从而实现更宽的可调节范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于石墨烯和狄拉克半金属的全介质吸波器,该结构通过改变底层石墨烯和顶层狄拉克半金属的费米能级从而实现对吸收频率的双调节，可调节范围更广。

本发明的目的是这样实现的：

它由石墨烯层(1)、介质层(2)(3)和狄拉克半金属(4)组成，作为优选，所述吸波器周期P＝7000nm。。

作为优选，所述吸波器的石墨烯层(1)是厚度h1＝0.34nm的单层石墨烯，介质层(2)是厚度h2＝600nm的二氧化硅，介质层(3)是厚度h3＝1200nm的硅。

作为优选，所述吸波器的狄拉克半金属(4)厚度h4＝600nm，呈“飞镖”形块状结构，四个镖尖由半径R1＝2800nm，圆心在(2800,0),(0,2800),(-2800,0),(0,-2800)，厚度为h4＝600nm的四个圆柱两两相交得到，分散在与x轴成正负45°的方向上，中心圆柱半径R2＝2000nm，厚度为h4＝600nm。

当太赫兹波入射到该吸波器时，在石墨烯和二氧化硅界面会激发石墨烯表面等离子激元共振，并在此处产生强电场，实现对电磁波的强吸收。在太赫兹波段，石墨烯的电导率虚部大于零，表现出金属的性质，所以能量并不会透射出去，只会在器件内部被吸收或反射。

同时结合顶层的狄拉克半金属，根据阻抗匹配理论，可在这两处分别实现对太赫兹波的吸收。可通过外加激励源，改变底层石墨烯和顶层狄拉克半金属的费米能级从而实现对吸收频率的双调节，使得调节范围更广。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：结构中不含金属，整体性能更稳定；通过改变石墨烯和狄拉克半金属的费米能级实现对吸收频率的双调节，可调谐范围更广；吸收效率高，且对TE/TM极化电磁波都有相同的吸收效果；结构简单易于加工。

附图说明

图1是该吸波器的三维视图。

图2是该吸波器的侧视图。

图3是该吸波器的俯视图。

图4是在狄拉克半金属和石墨烯的费米能级分别为0.06eV,0.3eV时，该吸波器对TE，TM波的吸收曲线。