Dynamiske metasurfaces og metadevices understøttet af graphene

En ny publikation i Opto-Electronic Advances oversigter dynamiske metasurfaces og metadevices bemyndiget af grafen.

Metasurfaces, kunstige subbølgelængde strukturerede grænseflader, udviser hidtil usete evner til at manipulere elektromagnetiske (EM) bølger lige fra synlige til terahertz og mikrobølgefrekvenser.

I det seneste årti er statiske metasurfaces og metadevices blevet undersøgt omfattende. På grund af den passive karakter af byggeklodser generelt fremstillet af metaller og/eller dielektrika, kan deres funktionaliteter dog ikke aktivt tunes in situ efter fremstilling, hvilket alvorligt hæmmer deres anvendelsesscenarier såsom varifokal linse, dynamisk holografi og strålestyring i LiDAR . Motiveret af disse væsentlige krav har videnskabsmænd kæmpet i årevis for at forbedre den dynamiske tunability af metasurfaces, og at introducere aktive materialer eller komponenter i de passive metasurfaces er blevet foreslået som den første tankestrategi.

Til dato er forskellige aktive materialer og komponenter såsom transparente ledende oxider, faseændringsmaterialer, 2D-materialer (især grafen), varactordioder, elastiske materialer og mikroelektromekaniske systemer blevet demonstreret teoretisk og eksperimentelt for at styrke de aktive tunbarhed til metasurfaces og metadevices ved at anvende ekstern termisk, elektrisk, optisk og mekanisk stimulus, hvilket giver anledning til en ny retning, dvs. dynamiske (f.eks. tunerbare, rekonfigurerbare, programmerbare, intelligente og digital kodning) metasurfaces og metadevices.

Det skal bemærkes, at selvom tidligere forskning giver en stor inspirationskilde til dynamiske metasurfaces og metadevices, har hver type aktivt materiale og komponent et sæt unikke egenskaber, giver opmuntrende muligheder og lider også af forskellige begrænsninger såvel som udfordringer. Adskillige oversigtsartikler publiceret i de senere år har fokuseret på dette område for at diskutere de førnævnte problemstillinger. Der mangler dog stadig en omfattende gennemgang af grafen-baserede dynamiske metasurfaces og metadevices, som er af lige stor og endnu mere betydning på grund af grafens ekstraordinære egenskaber.

I denne artikel opdeler forfatterne grafen-bemyndigede dynamiske metasurfaces, og metadevices er opdelt i to kategorier, dvs. metasurfaces med byggesten af ​​struktureret grafen og hybride metasurfaces integreret med grafen, som vist i fig. 1. Udviklingen inden for dynamisk spektrummanipulation, bølgefrontformning, polarisationskontrol og frekvenskonvertering er meget uddybet på henholdsvis nær/fjerne og globale/lokale måder. De resterende udfordringer og potentielle fremtidige udviklinger skitseres og analyseres også.

Forfatterne mener, at på grund af de iboende fordele ved kompakt fodaftryk, bemærkelsesværdig elektrisk afstemning, bredbånd og højhastighedsdrift, driver grafen og grafenlignende 2D-materialer EM-bølgemanipulationerne ved hjælp af metasurfaces til en ny højde:fra statisk til dynamisk, hvilket vil helt sikkert revolutionere EM-bølgemanipulationer og give mulighed for fremtidige kommercielle applikationer. + Udforsk yderligere

Kaskadede metasurfacer til dynamisk kontrol af THz-bølgefronter