2022年07月26日更新 石墨烯赋能的动态超表面和超器件

童露茗
导读 Opto-Electronic Advances上的新出版物概述了石墨烯赋能的动态超表面和超器件。超表面,人工亚波长结构化界面,表现出前所未有的能力来

Opto-Electronic Advances上的新出版物概述了石墨烯赋能的动态超表面和超器件。超表面,人工亚波长结构化界面,表现出前所未有的能力来操纵从可见光到太赫兹和微波频率的电磁 (EM) 波。

在过去的十年中,静态超表面和超器件得到了广泛的研究。然而,由于一般由金属和/或电介质制成的构建块的被动性质,它们的功能在制造后无法在原位主动调整,这严重阻碍了它们在激光雷达中的变焦透镜、动态全息和光束控制等应用场景. 在这些重要要求的推动下,科学家们多年来一直在努力提高超表面的动态可调性,并将活性材料或组件引入无源超表面已被提议作为首要考虑策略。

迄今为止,各种活性材料和组件,如透明导电氧化物、相变材料、二维材料(尤其是石墨烯)、变容二极管、弹性材料和微机电系统,已在理论和实验上得到证明,以增强活性通过应用外部热、电、光学和机械刺激对超表面和超器件的可调谐性,产生一个新的方向,即动态(例如可调谐、可重构、可编程、智能和数字编码)超表面和超器件。

需要注意的是,虽然之前的研究为动态超表面和超器件提供了主要的灵感来源,但每种类型的活性材料和组件都具有一组独特的特性,提供了令人鼓舞的机会,但也面临着不同的局限性和挑战。近年来发表的几篇评论文章都集中在该领域讨论上述问题。然而,仍然缺乏对基于石墨烯的动态超表面和超器件的全面综述,由于石墨烯的非凡特性,它们具有同等甚至更重要的意义。

在本文中,作者将石墨烯赋能的动态超表面和超器件分为两类,即具有结构化石墨烯构建块的超表面和与石墨烯集成的混合超表面,如图 1 所示。动态频谱操纵、波前整形、偏振控制和频率转换的发展分别在近/远场和全局/局部方式中得到了高度阐述。还概述和分析了剩余的挑战和潜在的未来发展。

作者认为,由于紧凑的占位面积、显着的电可调谐性、宽带和高速运行等固有优势,石墨烯和类石墨烯二维材料正在将使用超表面的 EM 波操纵推向一个新的高度:从静态到动态,这肯定会彻底改变电磁波操作并允许未来的商业应用。

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