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基于VO_2的太赫兹可调人工电磁材料的研究

陈曦冉  
【摘要】:人工电磁材料是指设计者可以按照主观意志在原子或分子水平严格设计周期性或者非周期性其人造微结构单元以一定的规律排列制作得到的人工复合材料。而太赫兹频段的应用是国内外研究热门。相变材料VO_2与人工电磁材料的结合大大增强了人工电磁材料的可调性。本文设计了四种基于VO_2相变材料的可调人工电磁材料,它们能够在太赫兹频段实现很好的可调性。本文设计的第一种人工电磁材料是基于VO_2的多层开口谐振环型太赫兹可调人工电磁材料,这种基于VO_2的多层开口谐振环型太赫兹人工电磁材料随着谐振环开口处填充的VO_2电导率的变化,会产生不同的谐振模式,因此可以利用VO_2动态控制此材料的透射。谐振环开口处电场增强随着VO_2相变的产生发生了明显的变化,因此可以利用VO_2动态调控此材料的电场增强效果。本文设计的第二种基于VO_2的人工电磁材料是不对称的Au和VO_2双条型多层太赫兹可调人工电磁材料。当VO_2为金属态时,发现此材料的透射谱和吸收谱表现出类似Fano谐振的不对称线型。研究此材料表面的磁场图,发现Au条和金属态的VO_2条之间的偶极子谐振相互作用导致了该系统的Fano谐振。Au条和金属态的VO_2条的磁场增强,表明此材料能够支持比较高质量的Fano谐振。本文设计的第三种基于VO_2的人工电磁材料是VO_2/Au条型多层磁谐振带结构太赫兹可调人工电磁材料。能够通过改变VO_2电导率的变化,动态调控此材料的透射率。研究1.03THz和1.41THz时Au条和VO_2条之间的间隙的磁场强度,发现VO_2/Au条型多层人工电磁材料在太赫兹频段支持磁谐振。本文设计的第四种基于VO_2的人工电磁材料是Au/VO_2多层完美吸波太赫兹可调人工电磁材料。此材料吸收率会随着VO_2电导率的变化而变化,电导率为2000Ω~(-1)cm~(-1)时在0.82THz吸收率能够实现完美吸收,因此,利用VO_2材料能够实现对Au/VO_2多层完美吸人工电磁材料的调控。此材料的反射率和透射率随着VO_2电导率发生明显变化,可以利用VO_2来调控Au/VO_2多层完美吸波太赫兹人工电磁材料的所有散射参数。VO_2的制备是以上四种人工电磁材料制备的基础,因此,本文实验阶段的部分重点是关于VO_2制备的工艺。结合课题组的实验条件,第四种人工电磁材料的制备是比较易于实现的,因此,本文实验阶段的另一个重点是第四种人工电磁材料的制备。


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