《相變氧化物THz波傳輸特性及集成超材料調製器套用》是依託華中科技大學，由陳長虹擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：相變氧化物THz波傳輸特性及集成超材料調製器套用
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陳長虹
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
太赫茲（THz）亞波長尺度的負折射率金屬開口微環陣列利用LC諧振電路中電感L或電容C值的改變可以實現THz波的傳輸調製。本項目提出金屬-絕緣相變（MIT）氧化物與金屬開口諧振微環陣列集成的THz波調製器，研究利用~1 kHz溫度場或~10 MHz外電場的改變觸發MIT氧化物發生金屬-絕緣相變來改變材料的電阻率或介電常數，通過電阻率的改變切換金屬導線的導電路徑來調諧LC諧振電路中的L值、或通過介電常數的改變來調諧電路中的C值，以此來實現低插入損耗、高調製深度的THz波傳輸調製。主要研究內容為：以VO2為重點的MIT氧化物異質結外延生長及結構表征；不同溫度或電場偏置條件下材料的THz波吸收與阻抗特性；金屬相VO2和貴金屬線等離子諧振頻率與負介電常數、集成開口微環的負磁導率；調L、調C或LC共調的集成調製器的仿真設計、製備、以及性能測試。
結題摘要
1、金屬-絕緣相變（MIT）VO2薄膜生長。研究磁控濺射工藝在不同藍寶石襯底上沉積MIT氧化物VO2的晶體結構、相變以及THz波的傳輸特性，發現VO2在c面上為沿[020]方向的三疇外延結構、r面上為沿[200]和[-211]方向的孿晶外延結構、而在m面上由於界面擴散導致沿[-402]方向的擇優取向生長；在r面上顯示更為理想的MIT特性，其中相變前後電阻率的變化達9.4e+4倍、而溫度回線寬度僅為3.9 K，且在0.1-2.0 THz測試頻寬範圍內對THz波的傳輸調製深度達到98%。2、VO2混合集成THz波超材料。（1）研究了混合集成LC諧振環陣列器件的製備以及對THz波的遠、近場調控，發現利用VO2的MIT可以實現對THz波遠場的雙帶傳輸調製、有效地操控近場強度以及熱點尺寸、以及具有補償因近場耦合引起的諧振頻率漂移的能力；（2）研究了開關可控的THz波完美吸收器（MPA）結構，發現當VO2為金屬相時MPA在1.2 THz設計頻率處的吸收率高達99.8%、而當恢復到絕緣相時的吸收率僅為5.4%，調製深度為94.6%。3、其它超材料器件(如改變器件尺寸，也可THz波譜工作)。（1）研究了外電場控制下的電磁感應透明（EIT）超材料的結構，發現如果把PIN二極體與偶極諧振器件陣列集成在一起、利用外電場偏置改變PIN二極體的開關狀態可以實現器件在6.13 GHz頻率處EIT的主動控制、且強度可連續改變，最大的強度調製深度達85%；（2）偏振不敏感THz波寬頻吸收器。發現同心金屬環陣列的超材料結構的3dB頻寬為3.7 THz（2.38-6.08 THz），實現峰值吸收率99.9%、平均吸收率大於75%。4、金屬表面電漿超材料結構的套用研究拓展。（1）金屬光柵表面電漿諧振感測器的結構與角度靈敏度極限。結果顯示角度靈敏度極限與工作波長無關；對於待測液的折射率na=1.32-1.36，單（雙）滴法的靈敏度最大分別為493.7（535.9）°/RIU；可以忽略金屬的氧化效應對高品質因素Al基器件的靈敏度退化影響。（2）金屬表面等離子耦合增強石墨烯探測器的長波紅外（LIR）吸收（這些結構也可以套用於THz波）。發現利用EIT效應可以實現偏振不敏感探測更可以利用偏振轉換實現極大增強局域光場；另外，合理的叉指電極結構可以把石墨烯對LIR的吸收率從不足2.3%提高到50%。
