Nouvelles

Jan 29, 2024

Modulateur térahertz graphène hautement efficace avec transparence induite électromagnétiquement réglable

Rapports scientifiques volume 13,

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 6680 (2023) Citer cet article

1390 accès

3 Altmétrique

Détails des métriques

Les modulateurs optiques à base de graphène ont été largement étudiés en raison de la grande mobilité et de la permittivité accordable du graphène. Cependant, les faibles interactions graphène-lumière rendent difficile l'obtention d'une profondeur de modulation élevée avec une faible consommation d'énergie. Ici, nous proposons un modulateur optique à base de graphène haute performance composé d'une structure cristalline photonique et d'un guide d'ondes avec du graphène qui présente un spectre de transmission de type transparence induite électromagnétiquement (de type EIT) à une fréquence térahertz. Le mode de guidage à facteur de qualité élevé pour générer la transmission de type EIT améliore l'interaction lumière-graphène, et le modulateur conçu atteint une profondeur de modulation élevée de 98 % avec un décalage de niveau de Fermi significativement faible de 0,05 eV. Le schéma proposé peut être utilisé dans des dispositifs optiques actifs qui nécessitent une faible consommation d'énergie.

La gamme spectrale térahertz (THz) de 0,1 à 10 THz est une bande de fréquences importante en raison de ses applications potentielles dans divers domaines, tels que l'imagerie de sécurité, les communications sans fil à haut débit et les diagnostics biomédicaux1,2,3. Au cours des deux dernières décennies, la génération et la détection de sources THz ont réalisé des progrès substantiels et revitalisé le développement des technologies THz4. Récemment, il y a eu un développement rapide dans les dispositifs métamatériaux THz5,6,7,8. Cependant, des recherches supplémentaires sur les composants avancés dans le régime THz sont encore nécessaires. En particulier, les modulateurs optiques THz, qui sont des dispositifs clés pour contrôler activement les signaux THz, sont cruciaux dans les communications et l'imagerie THz9,10,11,12. Bien que des types de modulateurs optiques THz basés sur des matériaux semi-conducteurs aient été proposés13,14, leurs profondeurs de modulation ne sont pas suffisamment élevées.

Récemment, le graphène a suscité une attention particulière en raison de ses nombreuses propriétés exceptionnelles, telles qu'une conductivité thermique élevée, une remarquable mobilité des porteurs et une large bande passante optique15,16,17. En particulier, la propriété optique du graphène peut être facilement contrôlée par la tension de grille18. Cette accordabilité permet l'application du graphène dans les modulateurs optiques en tant que couche active. La grande mobilité des porteurs de l'ordre de 106 cm/Vs permet des réponses rapides aux champs électromagnétiques. De plus, des modulateurs économiques à base de graphène peuvent être réalisés en utilisant la méthode de dépôt chimique en phase vapeur (CVD). Récemment, une seule couche de graphène de grande surface de haute qualité développée par CVD a été rapportée dans plusieurs études 19,20,21,22. Cependant, le graphène monocouche en suspension a une absorption négligeable de 2,3 % pour une incidence normale, et l'effet accordable n'est pas suffisamment fort pour des variations drastiques d'absorption, de transmission ou de réflexion en raison de la faible interaction lumière-graphène, qui est un obstacle important. pour obtenir des performances de modulation élevées.

Pour améliorer l'interaction lumière-graphène, des plasmons de graphène ont été introduits23,24. Dans les régions THz et infrarouge moyen, le graphène supporte les plasmons de surface, et les propriétés des modes plasmoniques peuvent être ajustées en ajustant le niveau de Fermi. Plusieurs types de modulateurs optiques qui utilisent des plasmons et des métamatériaux de graphène ont été rapportés et ils présentent une profondeur de modulation élevée25,26,27,28,29,30,31,32,33. Cependant, du graphène de haute qualité (haute mobilité) est nécessaire pour induire une résonance plasmonique de facteur de qualité élevée (facteur Q). De plus, un dopage élevé au graphène de niveau de Fermi (> 0,4 ​​eV) est nécessaire pour obtenir des performances de modulation élevées, ce qui augmente la consommation d'énergie. Une autre approche pour augmenter l'interaction lumière-graphène consiste à adopter l'effet epsilon proche de zéro (ENZ)34,35. Lorsque la permittivité du graphène est approximativement nulle, le champ électrique est fortement confiné dans la couche de graphène, augmentant ainsi l'absorption. Cependant, l'effet ENZ dans le graphène n'a pas encore été démontré expérimentalement et est très débattu36. L'insertion d'une couche de graphène dans un résonateur supportant un facteur Q élevé peut améliorer l'interaction lumière-graphène37,38,39,40. Par exemple, des modulateurs optiques avec la couche de graphène placée dans des structures à cristal photonique (PC) ou des résonateurs en anneau prenant en charge une résonance à facteur Q élevé ont été suggérés pour la région de longueur d'onde de communication optique. Cependant, les études sur les modulateurs optiques combinant graphène et résonateurs à facteur Q élevé dans la bande de fréquence THz sont insuffisantes.

Ici, nous démontrons numériquement un modulateur optique à basse tension et à haute modulation en insérant deux couches de graphène dans une structure supportant une transmission de type transparence induite électromagnétiquement (EIT). L'EIT est un phénomène de transmission à bande très étroite dû à des interférences quantiques destructives41. Bien que la réalisation de l'EIT soit difficile en raison de conditions expérimentales strictes, une réponse spectrale de type EIT peut être obtenue en couplant deux résonateurs41,42,43,44. Nous démontrons que le mode de guidage à facteur Q élevé pour générer une transmission de type EIT améliore l'interaction lumière-graphène, et la transmission peut être radicalement modifiée par un changement de niveau de Fermi négligeable. Le modulateur proposé atteint une profondeur de modulation élevée d'environ 98,2 % avec un décalage de niveau de Fermi de 0,05 eV. Par conséquent, nous en déduisons que le modulateur proposé est hautement souhaitable dans de nombreux domaines, tels que l'imagerie THz et les communications. Toutes les simulations ont été réalisées à l'aide de la méthode des éléments finis (logiciel COMSOL Multiphysics).

La figure 1a présente un schéma du modulateur optique à base de graphène proposé comprenant un PC de type tige bidimensionnel (2D) et deux guides d'ondes (Wtop et Wbot) avec un espace. Le PC comprenant des piliers de forme carrée de largeur wpc et de hauteur tpc est placé sur le guide d'onde supérieur. Les indices de réfraction de SiO2 et du matériau de fond sont supposés être nSiO2 = 2 et nb = 1, respectivement. L'indice de réfraction de SiO2 varie de 1,953 à 2,108 dans la région THz, selon la méthode de dépôt45,46. La partie imaginaire de l'indice de réfraction du SiO2 est négligeable car elle est beaucoup plus petite que celle de l'indice de réfraction du graphène. Deux feuilles de graphène monocouche sont placées sur le guide d'ondes inférieur avec un espace SiO2 de 10 nm. Le niveau de dopage électrique (niveau de Fermi, EF) du graphène est contrôlé par le réglage de la tension de grille. Ainsi, si le niveau de dopage de la couche de graphène supérieure est ajusté à EF = E0 eV, celui de la couche de graphène inférieure est ajusté à EF = -E0 eV. Par conséquent, étant donné que les deux couches de graphène agissent comme des couches actives, la structure peut renforcer l'effet du graphène. Dans le modèle de condensateur à plaques parallèles, la tension de grille requise pour ajuster un certain EF diminue à mesure que la distance entre les couches de graphène diminue.

(a) Illustration schématique d'un modulateur optique à base de graphène. Le modulateur comprend un PC 2D et deux guides d'onde SiO2 séparés par un entrefer ; de plus, deux couches de graphène sont placées sur le guide d'ondes inférieur avec un espace SiO2 considérablement mince. (b) Schéma Λ typique à trois niveaux pour EIT.

La figure 1b illustre une configuration Λ typique pour l'observation d'EIT dans une structure atomique. Lorsque le système Λ avec un faisceau sonde est éclairé par un fort champ de contrôle, la population peut passer de |1⟩ à |2⟩ par deux chemins différents : (A) |1⟩→|2⟩ (chemin direct) ou (B ) |1⟩→|2⟩→|3⟩→|2⟩ (chemin circulaire). L'EIT se produit en raison de l'interférence destructive quantique entre les amplitudes de probabilité pour les deux chemins différents (A) et (B), à condition que le taux de décroissance de |3⟩ soit relativement plus petit que celui de |2⟩47. Il est bien connu que le spectre de transmission de type EIT peut être obtenu en couplant des modes résonnants à facteur Q élevé et faible. La structure cristalline photonique proposée (sans couches de graphène et de SiO2) excite simultanément les modes de facteur Q élevé et faible dans les guides d'ondes supérieur et inférieur, respectivement. Nous notons que les modes Q faible et élevé dans la structure photonique proposée correspondent respectivement aux états |2⟩ et |3⟩ dans la structure atomique. Nos travaux précédents ont rapporté les détails de la condition d'accord de phase pour générer une transmission de type EIT et la relation de dispersion associée de la structure proposée44,47. En utilisant les modes à Q élevé qui permettent de fortes interactions lumière-matière, l'efficacité de modulation de l'onde THz transmise peut être améliorée.

La figure 2 présente les spectres de transmission de la structure conçue pour la variation du niveau de Fermi de EF = 0–0,01 eV lorsqu'une onde THz est normalement incidente à la structure. La période, la largeur et l'épaisseur du PC sont supposées être a = 218 μm, wpc = 0,7a et tpc = 0,2a, respectivement. Les épaisseurs des guides d'ondes supérieur et inférieur sont t1 = 0,25a et t2 = 0,361a, respectivement, et la taille de l'espace est g = 0,8a.

Spectres de transmission pour la variation du niveau de Fermi de EF = 0–0,01 eV. La structure de période est a = 218 μm, et la largeur et la hauteur du cristal photonique sont wpc = 0,7a et tpc = 0,2a, respectivement. Les épaisseurs des guides d'ondes supérieur et inférieur sont t1 = 0,25a et t2 = 0,361a, respectivement, et la taille de l'espace est g = 0,8a.

On observe que le pic de transmission de type EIT avec un facteur Q élevé (~ 544) se produit à f = 1,002 THz, et le pic de transmission diminue remarquablement à mesure que le niveau de Fermi augmente à cette fréquence en raison de la forte interaction lumière-graphène de le facteur Q élevé. En revanche, la variation de transmission pour la variation du niveau de Fermi est négligeable à la fréquence en dehors de la région du pic de transmission en raison de la faible interaction lumière-graphène.

Les courbes de transmission, de réflexion et d'absorption à la fréquence EIT (f = 1,002 THz) sont présentées à la Fig. 3a. À cette fréquence, la lumière se propageant dans le PC est fortement couplée au guide d'ondes inférieur, et la lumière couplée se propage à travers le guide d'ondes inférieur pendant une longue période, ce qui entraîne une interaction lumière-graphène hautement améliorée. En d'autres termes, le phénomène EIT augmente considérablement l'absorption en utilisant le graphène. Ici, l'absorption est déterminée par la perte de propagation du guide d'ondes inférieur et l'efficacité de couplage, qui est l'efficacité du transfert de puissance des guides d'ondes du haut vers le bas.

( a ) Courbes de transmission, de réflexion et d'absorption du modulateur à la fréquence de transmission de type EIT. (b) Longueur de propagation du guide d'ondes inférieur comprenant une structure à cinq couches (air–SiO2 (t2)–graphène–SiO2 (10 m)–graphène–air). ( c ) Distribution du champ électrique du modulateur pour la variation du niveau de Fermi à partir de EF = 0 eV, 0, 0064 eV, 0, 01 eV et 0, 1 eV, respectivement.

La figure 3b présente la longueur de propagation (PL = 0,5/Im(β)) du guide d'onde inférieur pour la variation du niveau de Fermi, qui est calculée par l'analyse numérique du guide d'onde unidimensionnel en résolvant les équations de Maxwell. β est le vecteur d'onde du mode guidé à Q élevé dans le guide d'onde inférieur comprenant une structure à cinq couches (air–SiO2 (t2)–graphène–SiO2 (10 m)–graphène–air). À mesure que le niveau de Fermi augmente, le PL diminue car la partie imaginaire de la permittivité du graphène augmente à mesure que le niveau de Fermi augmente. De plus, le PL diminue brusquement de EF = 0–0,007 eV. Cela implique que la perte par le graphène augmente rapidement dans cette gamme de niveaux de Fermi.

De plus, nous illustrons les distributions de champ pour la variation du niveau de Fermi sur la figure 3c. Lorsque le niveau de Fermi est EF = 0 eV, la majeure partie de la lumière est couplée au guide d'ondes inférieur et le champ électrique est fortement confiné dans le guide d'ondes inférieur. En revanche, à mesure que le niveau de Fermi augmente, moins de lumière incidente est couplée au guide d'ondes inférieur et le champ électrique devient confiné dans le guide d'ondes supérieur, ce qui provient de l'augmentation du vecteur d'onde et des désadaptations de mode. Par conséquent, la perte de propagation diminue à mesure que le niveau de Fermi augmente. L'absorption a une valeur maximale à EF = 0,0064 eV. En dessous de ce niveau de Fermi, la perte de propagation est le facteur dominant pour l'absorption, tandis que l'efficacité de couplage est le principal déterminant de l'absorption à des niveaux de Fermi plus élevés.

La figure 4 illustre la profondeur de transmission et de modulation en fonction du niveau de Fermi. La profondeur de modulation est définie comme MD = (Ton–Toff)/Ton. Si nous supposons que les états marche et arrêt sont respectivement EF = 0 et 0,1 eV, le modulateur proposé atteint une profondeur de modulation élevée d'environ 99,3 % et une perte d'insertion de 16,5 % avec un petit décalage de niveau de Fermi de 0,1 eV. De plus, si nous supposons que l'état bloqué est de 0, 05 eV, une modulation d'environ 98, 2% peut être obtenue avec un décalage de niveau de Fermi négligeable de 0, 05 eV. Notez que les modulateurs à base de graphène rapportés dans Ref.25,26,27,28,29,30,31,32,33 nécessitent un décalage de niveau de Fermi minimum de 0,2 eV. De plus, la profondeur de modulation maximale parmi eux est de 87%. Comparé à ces modulateurs, le modulateur proposé atteint simultanément une consommation d'énergie significativement faible et une profondeur de modulation élevée. De plus, le modulateur proposé présente une réponse spectrale indépendante de la polarisation, ce qui peut être bénéfique dans les applications pratiques.

Profondeur de transmission et de modulation en fonction du niveau de Fermi à la longueur d'onde de transmission de type EIT.

Il est important de discuter de ce processus de fabrication de la structure proposée. Le PC 2D avec une période d'environ 200 μm peut être fabriqué par des techniques de lithographie classiques. Des études antérieures ont rapporté que deux couches de graphène avec une distance de quelques nanomètres peuvent être réalisées sur SiO248,49. La structure proposée peut être fabriquée par un procédé de fabrication similaire. Une feuille de graphène sur un film de cuivre développé par CVD est transférée sur le substrat SiO2 en utilisant la technique standard de transfert humide50. Ensuite, l'évaporation thermique est utilisée pour déposer du métal pour l'électrode. Ensuite, une couche de SiO2 de 10 nm est déposée sur la couche de graphène par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD). La couche de graphène supérieure est transférée sur la couche de SiO2 en utilisant le même processus appliqué à la couche de graphène inférieure, suivi d'un dépôt de métal pour l'électrode. Par conséquent, la structure de modulateur THz hautement efficace proposée peut être réalisée par les technologies de fabrication actuelles.

Nous avons proposé un modulateur à base de graphène à haute profondeur de modulation et à faible consommation d'énergie utilisant la transmission de type EIT. Le facteur Q élevé du pic de transmission EIT a intensifié l'absorption du graphène. Le modulateur conçu a atteint une profondeur de modulation significativement élevée de 99,3 % et une faible perte d'insertion de 16,5 % avec un décalage de niveau de Fermi de 0,1 eV. De plus, une profondeur de modulation de 98,2 % a été obtenue avec un décalage de niveau de Fermi négligeable de 0,05 eV. Dans la structure proposée, le guide d'onde supérieur avec un PC 2D peut être fabriqué par des techniques de lithographie conventionnelles. Dans le guide d'ondes inférieur, le graphène à deux couches simples avec un écart de 10 nm-SiO2 peut être réalisé par les technologies de fabrication actuelles. Une feuille de graphène sur un film de cuivre développé par CVD est transférée sur le substrat SiO2 en utilisant la technique standard de transfert humide. L'évaporation thermique est utilisée pour déposer le métal de l'électrode. Ensuite, une couche de SiO2 de 10 nm est déposée sur la couche de graphène à l'aide de PECVD. La couche supérieure de graphène et l'électrode sont réalisées en utilisant le même processus appliqué à la couche inférieure de graphène. Un système de spectroscopie dans le domaine temporel THz standard peut être utilisé pour observer la transmission accordable de type EIT à travers la structure proposée.

La conductivité du graphène a été calculée à l'aide de la formule de Kubo exprimée sous la forme51,52,53 :

où e, kB, T, ħ, ω et EF désignent respectivement la charge de l'électron, la constante de Boltzmann, la température, la constante de Planck, la fréquence angulaire et le niveau de Fermi du graphène. La quantité de τ est le temps de relaxation défini comme τ = μEF/eνF2, où νF représente la vitesse de Fermi (νF = 106 m/s) et μ désigne la mobilité du porteur (μ = 10 000 cm2/V). A partir de la conductivité du graphène, la permittivité du graphène peut être obtenue par

où ε0 et dG représentent la permittivité sous vide et l'épaisseur du graphène (dG = 0,34 nm), respectivement.

Pour calculer les spectres de transmission, nous avons adopté la condition aux limites périodique pour les directions x et y. De plus, nous avons adopté une condition aux limites de transition (TBC) pour modéliser la couche de graphène comme un plan 2D dans le domaine géométrique. TBC représente une discontinuité dans le champ électrique tangentiel due à la densité de courant de surface. Notez que les spectres de transmission identiques peuvent être obtenus lorsque la couche de graphène est traitée comme la feuille 2D en utilisant la condition aux limites de densité de courant de surface. La couche de 10 nm-SiO2 prise en sandwich avec deux couches de graphène a été divisée par une taille de grille de 2,5 nm dans les calculs.

Les ensembles de données utilisés et/ou analysés au cours de l'étude en cours sont disponibles auprès de l'auteur correspondant sur demande raisonnable.

Song, HJ & Nagatsuma, T. Présent et avenir des communications térahertz. IEEE Trans. Térahertz Sci. Technol. 1, 256-263 (2011).

Annonces d'article Google Scholar

Tonouchi, M. Technologie térahertz de pointe. Nat. Photonics 1, 97-105 (2007).

Article ADS CAS Google Scholar

Pawar, AY, Sonawane, DD, Erande, KB & Derle, DV La technologie Terahertz et ses applications. Invention de la drogue. Aujourd'hui 5, 157-163 (2013).

Article Google Scholar

Xie, J. et al. Une revue des technologies térahertz accélérées par la photonique silicium. Nanomatériaux 11, 1646 (2021).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

He, X., Liu, F., Lin, F. & Shi, W. Modes TE accordables pris en charge par le semi-métal Dirac 3D. Ann. Phys. 534, 2100355 (2022).

Article Google Scholar

He, X., Lin, F., Liu, F. & Shi, W. Guides d'ondes plasmoniques hybrides térahertz Dirac-semimétalliques accordables. Opter. Mater. Express 12, 73–84 (2022).

Article ADS CAS Google Scholar

Long, J. et al. Étude du facteur Q élevé en térahertz des métamatériaux entièrement diélectriques. Opter. Technologie laser. 146, 107570 (2022).

Article Google Scholar

Peng, J. et al. Enquête sur les métamatériaux elliptiques térahertz supportés par le graphène. Phys. E Faible dimension. Syst. Nanostructure. 124, 114309 (2020).

Article CAS Google Scholar

Ma, ZT, Geng, ZX, Fan, ZY, Liu, J. & Chen, Modulateurs HD pour la communication térahertz : l'état actuel de l'art. Recherche 2019, 1–22 (2019).

Article Google Scholar

Wang, L. et al. Un examen des modulateurs THz avec des métasurfaces accordables dynamiques. Nanomatériaux 9, 965 (2019).

Article PubMed PubMed Central Google Scholar

Zeng, H. et al. Un examen de la modulation de phase térahertz de l'espace libre aux dispositifs intégrés à ondes guidées. Nanophotonique 11, 415–437 (2022).

Article CAS Google Scholar

Wang, Z. et al. Progrès récents dans la modulation térahertz utilisant des structures photoniques à base de matériaux bidimensionnels. InfoMat 3, 1110–1133 (2021).

Article CAS Google Scholar

Kleine-Ostmann, T., Dawson, P., Pierz, K., Hein, G. & Koch, M. Fonctionnement à température ambiante d'un modulateur térahertz à commande électrique. Appl. Phys. Lett. 84, 3555–3557 (2004).

Article ADS CAS Google Scholar

Shrekenhamer, D. et al. Modulation térahertz à grande vitesse à partir de métamatériaux avec transistors à haute mobilité électronique intégrés. Opter. Express 19, 9968 (2011).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Geim, AK & Novoselov, KS La montée du graphène. Nat. Mater. 6, 183-191 (2007).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Bonaccorso , F. , Sun , Z. , Hasan , T. & Ferrari , AC Graphène photonique et optoélectronique . Nat. Photonique 4, 611–622.

Article ADS CAS Google Scholar

Novoselov, KS et al. Effet de champ électrique dans des films de carbone atomiquement minces. Sciences 306, 666–669 (2016).

Annonces d'article Google Scholar

Wang, F. et al. Transitions optiques à grille variable dans le graphène. Sciences 320, 206-209 (2008).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Wang, M. et al. Graphène monocouche monocristallin, à grande surface et sans pli. Nature 596, 519-524 (2021).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Li, J. et al. Graphène monocouche monocristallin à l'échelle d'une plaquette cultivé sur un substrat de saphir. Nat. Mater. 21, 740–747 (2022).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Luo, D. et al. Graphène monocristallin de grande surface sans couche d'adlayer cultivé sur une feuille de Cu(111). Adv. Mater. 31, 1903615 (2019).

Article Google Scholar

Chen, B. et al. Quelle est la qualité du graphène monocouche développé par CVD ?. Nanoscale 6, 15255–15261 (2014).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Grigorenko, AN, Polini, M. & Novoselov, KS Graphène plasmonique. Nat. Photonics 6, 749–758 (2012).

Article ADS CAS Google Scholar

Low, T. & Avouris, P. Graphène plasmonique pour les applications térahertz à infrarouge moyen. ACS Nano 8, 1086-1101 (2014).

Article CAS PubMed Google Scholar

Han, S. et al. Modulation d'amplitude complexe complète avec des métamolécules plasmoniques de graphène accordables électroniquement. ACS Nano 14, 1166–1175 (2020).

Article CAS PubMed Google Scholar

Sensale-Rodriguez, B. et al. Modulation d'électro-absorption térahertz efficace utilisant des structures plasmoniques de graphène. Appl. Phys. Lett. 101, 261115 (2012).

Annonces d'article Google Scholar

Gong, Y. et al. Codeur binaire térahertz basé sur la métasurface de graphène. Carbon NY 184, 167–176 (2021).

Article CAS Google Scholar

Valmorra, F. et al. Contrôle actif à faible biais des ondes térahertz en couplant le graphène CVD de grande surface à un métamatériau térahertz. Nano Lett. 13, 3193–3198 (2013).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Liu, PQ et al. Métamatériaux hybrides hautement accordables utilisant des résonateurs à anneau fendu fortement couplés à des plasmons de surface de graphène. Nat. Commun. 6, 8969 (2015).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Lee, SH et al. Commutation des ondes térahertz avec des métamatériaux de graphène actifs contrôlés par grille. Nat. Mater. 11, 936–941 (2012).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Ju, L. et al. Plasmonique du graphène pour les métamatériaux térahertz accordables. Nat. Nanotechnologie. 6, 630–634 (2011).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Degl'Innocenti, R. et al. Modulateur optique térahertz basé sur des résonateurs métamatériaux et du graphène. Opter. Conf. Bouillie. 8, 2548-2554 (2014).

Google Scholar

Kim, M., Kim, S. & Kim, S. Modulateur térahertz intégré ultra-compact basé sur une métasurface de graphène. Opter. Lett. 46, 605–608 (2021).

Article ADS PubMed Google Scholar

Lu, Z., Zhao, W. & Shi, K. Modulateurs d'électroabsorption ultracompacts basés sur des guides d'ondes accordables epsilon-near-zero-slot. IEEE Photonics J. 4, 735–740 (2012).

Annonces d'article Google Scholar

Kim, M., Jeong, CY, Heo, H. & Kim, S. Modulation de réflexion optique utilisant la résonance plasmonique de surface dans un guide d'ondes plasmonique hybride intégré au graphène à une longueur d'onde de communication optique. Opter. Lett. 40, 871–874 (2015).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Kwon, MS Discussion de l'effet Epsilon proche de zéro du graphène dans un guide d'ondes à fente horizontale. IEEE Photonics J. 6, 6100309 (2014).

Article Google Scholar

Gao, W. et al. Modulation d'onde térahertz à contraste élevé par graphène gated renforcée par une transmission extraordinaire à travers des ouvertures annulaires. Nano Lett. 14, 1242-1248 (2014).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Gan, X. et al. Modulation électrooptique à haut contraste d'une nanocavité à cristal photonique par déclenchement électrique du graphène. Nano Lett. 13, 691–696 (2013).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Phare, CT, Daniel Lee, YH, Cardenas, J. & Lipson, M. Modulateur électro-optique en graphène avec une bande passante de 30 GHz. Nat. Photonique 9, 511–514 (2015).

Article ADS CAS Google Scholar

Wang, L., Zhou, X., Yang, S., Huang, G. & Mei, Y. Microcavité en mode galerie de chuchotement intégrée au matériau 2D. Photonique Res. 7, 905–916 (2019).

Article Google Scholar

Smith, DU, Chang, H., Fuller, KA, Rosenberger, AT & Boyd, RW Transparence induite par un résonateur couplé. Phys. Rév. A 69, 063804 (2004).

Annonces d'article Google Scholar

Kim, M., Lee, S. & Kim, S. Transparence induite par le plasmon dans les réseaux de graphène couplés. Plasmonique 10, 1557-1564 (2015).

Article CAS Google Scholar

Song, HY, Kim, S. & Magnusson, R. Résonances en mode guidé accordables dans les réseaux couplés. Opter. Express 17, 23544 (2009).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Lee, SG, Kim, SH, Kim, KJ & Kee, CS Transmission de type transparence induite électromagnétiquement indépendante de la polarisation dans des structures de résonance couplées en mode guidé. Appl. Phys. Lett. 110, 111106 (2017).

Annonces d'article Google Scholar

Naftaly, M. & Gregory, A. Propriétés optiques térahertz et micro-ondes du quartz monocristallin et de la silice vitreuse et comportement du pic de boson. Appl. Sci. 11, 6733 (2021).

Article CAS Google Scholar

Naftaly, M. & Miles, RE Spectroscopie térahertz dans le domaine temporel des verres de silicate et relation avec les propriétés des matériaux. J. Appl. Phys. 102, 043517 (2007).

Annonces d'article Google Scholar

Lee, SG, Jung, SY, Kim, HS, Lee, S. & Park, JM Transparence induite électromagnétiquement basée sur des résonances en mode guidé. Opter. Lett. 40, 4241–4244 (2015).

Article ADS PubMed Google Scholar

Liu, M., Yin, X. & Zhang, X. Modulateur optique de graphène à double couche. Nano Lett. 12, 1482–1485 (2012).

Article ADS PubMed Google Scholar

Ding, Y. et al. Modulation électro-optique efficace dans les guides d'ondes à fente graphène-plasmonique à faible perte. Nanoscale 9, 15576–15581 (2017).

Article CAS PubMed Google Scholar

Suk, JW et al. Transfert de graphène monocouche développé par CVD sur des substrats arbitraires. ACS Nano 5, 6916–6924 (2011).

Article CAS PubMed Google Scholar

Emani, NK et al. Amortissement électriquement accordable des résonances plasmoniques avec du graphène. Nano. Lett. 12, 5202–5206 (2012).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Hanson, fonctions de GW Dyadic Green et ondes de surface guidées pour un modèle de conductivité de surface du graphène. J. Appl. Phys. 103, 064302 (2008).

Annonces d'article Google Scholar

Falkovsky, LA Propriétés optiques du graphène. J.Phys. Conf. Ser. 129, 012004 (2008).

Article Google Scholar

Télécharger les références

Cette recherche a été soutenue par le programme de recherche scientifique fondamentale par l'intermédiaire de la Fondation nationale de recherche de Corée (NRF) financée par le ministère de l'Éducation (NRF-2020R1F1A1050227 et 2022R1I1A1A01072624), la subvention de l'Institut de recherche en électronique et télécommunications (ETRI) financée par le gouvernement coréen (23ZK1100 , Projet régional de soutien à l'avancement des technologies de convergence des TIC dans la région de Honam) et subvention du GIST Research Institute (GRI) financée par le GIST en 2023.

Division of Applied Photonics System Research, Advanced Photonics Research Institute, Gwangju Institute of Science and Technology, Gwangju, 61005, Corée du Sud

Myunghwan Kim, Seong-Han Kim, Chul Kang, Soeun Kim et Chul-Sik Kee

Optical Packaging Research Section, Electronics and Telecommunications Research Institute (ETRI), Gwangju, 61012, Corée du Sud

Myunghwan Kim

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

CSK a conçu l'idée. MK a effectué des simulations numériques sous la supervision de SKSHK et C. K a aidé à effectuer l'analyse avec des commentaires constructifs. Tous les auteurs ont discuté des résultats et examiné le manuscrit.

Correspondance avec Soeun Kim ou Chul-Sik Kee.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

Springer Nature reste neutre en ce qui concerne les revendications juridictionnelles dans les cartes publiées et les affiliations institutionnelles.

Libre accès Cet article est sous licence Creative Commons Attribution 4.0 International, qui autorise l'utilisation, le partage, l'adaptation, la distribution et la reproduction sur tout support ou format, à condition que vous accordiez le crédit approprié à l'auteur ou aux auteurs originaux et à la source, fournissez un lien vers la licence Creative Commons et indiquez si des modifications ont été apportées. Les images ou tout autre matériel de tiers dans cet article sont inclus dans la licence Creative Commons de l'article, sauf indication contraire dans une ligne de crédit au matériel. Si le matériel n'est pas inclus dans la licence Creative Commons de l'article et que votre utilisation prévue n'est pas autorisée par la réglementation légale ou dépasse l'utilisation autorisée, vous devrez obtenir l'autorisation directement du détenteur des droits d'auteur. Pour voir une copie de cette licence, visitez http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Réimpressions et autorisations

Kim, M., Kim, SH., Kang, C. et al. Modulateur térahertz de graphène hautement efficace avec transmission réglable de type transparence induite électromagnétiquement. Sci Rep 13, 6680 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-34020-2

Télécharger la citation

Reçu : 16 février 2023

Accepté : 22 avril 2023

Publié: 24 avril 2023

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-023-34020-2

Toute personne avec qui vous partagez le lien suivant pourra lire ce contenu :

Désolé, aucun lien partageable n'est actuellement disponible pour cet article.

Fourni par l'initiative de partage de contenu Springer Nature SharedIt

En soumettant un commentaire, vous acceptez de respecter nos conditions d'utilisation et nos directives communautaires. Si vous trouvez quelque chose d'abusif ou qui ne respecte pas nos conditions ou directives, veuillez le signaler comme inapproprié.