一种太赫兹电磁诱导透明超材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种太赫兹电磁诱导透明超材料及其制备方法和应用。包括基底和硅基底上的周期性排布机构，每个周期性结构包括一个圆盘凸起结构和一个金属条状结构，金属条状结构位于圆盘结构的一侧，金属条状结构与圆盘凸起结构的直径平行。利用金属和介质进行相耦合，金属和介质分别产生明暗模式，并且在太赫兹波段内发生破坏性干扰，最终在太赫兹频率范围内处实现了电磁诱导透明现象，于1.6

【技术实现步骤摘要】
一种太赫兹电磁诱导透明超材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电磁超材料
，具体涉及一种太赫兹电磁诱导透明超材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]电磁超材料又称超构材料、电磁超常材料等，电磁超材料具有与普通材料不同的电磁特性。基于电磁超材料的电磁诱导透明材料，电磁诱导透明材料的特征是在原来宽的吸收谱中出现一个陡峭的宽带传输峰，也叫透射峰。
[0004]由于电磁诱导透明现象具有对场的调控作用，在许多领域内都有着令人期待的应用前景，例如慢光效应、光传感器、增强的非线性效应等等，所以在近年来，有关电磁诱导透明的研究越来越多，尤其是在备受瞩目的太赫兹频率范围内。现有的电磁诱导透明实现方式，一般都是通过金属之间的耦合来激发形成，由于金属的材料损耗例如欧姆损耗较大，也有大量的关于全介质材料实现电磁诱导透明的工作，旨在降低材料的损耗。专利技术人发现，现有技术中利用介质和金属相耦合的，即令介质参与到电磁诱导透明超材料中，往往需要加入石墨烯介质，利用其调谐特性来对电磁诱导透明窗口进行调谐。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种太赫兹电磁诱导透明超材料及其制备方法和应用。
[0006]为了解决以上技术问题，本专利技术的技术方案为：
[0007]第一方面，一种太赫兹电磁诱导透明超材料，包括基底和硅基底上的周期性排布机构，每个周期性结构包括一个圆盘凸起结构和一个金属条状结构，金属条状结构位于圆盘结构的一侧，金属条状结构与圆盘凸起结构的直径平行。
[0008]本专利技术利用金属和介质进行相耦合，金属和介质分别产生明暗模式，并且在太赫兹波段内发生破坏性干扰，最终在太赫兹频率范围内处实现了电磁诱导透明现象，于1.6
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1.9太赫兹处发现了电磁诱导透明窗口，实现了在材料选取上的创新。
[0009]单独介质圆盘的模式由于在耦合产生的共振峰频率位置无法被正常激发，故认定圆盘产生的模式为暗模式，具体为anapole模式；单独的金属棒则可以在正常入射波激发下产生表面等离激元效应，故认定为明模式。并且明暗两个模式在1.6
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1.9THz频率处发生破坏性耦合产生一种EIT效应。
[0010]本专利技术解决了金属与介质耦合需要石墨烯作为介质的问题。本专利技术中将立体圆盘结构作为介质，产生暗模。金属条状结构作为明模。两者的形状设置和位置设置，使相互之间产生耦合，最后在一定的频率下产生EIT效应。
[0011]在本专利技术的一些实施方式中，圆盘凸起结构的半径为10
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100μm，厚度1
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10μm；进一步，圆盘凸起结构的半径为30
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50μm，厚度为3
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8μm；更进一步，圆盘凸起结构的半径为35
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40μm，厚度为3
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5μm。圆盘的直径大小影响入射场的频率。对透射率基本没有影响，透射率基本接近于1，具有EIT效应。
[0012]在本专利技术的一些实施方式中，金属条状结构的长度为10
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100μm，宽度1
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10μm，厚度0.1
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1um；进一步，金属条状结构的长度为36
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40μm，厚度为0.3
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0.6μm。产生EIT效应对几何尺寸的微小变化是非常敏感的，所以如果金属条状结构的几何尺寸和圆盘凸起结构的几何尺寸超过范围，会影响明暗模式的相消干涉。
[0013]在本专利技术的一些实施方式中，金属条状结构的长度比圆盘结构的直径相差0
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30微米。金属条状结构的长度比圆盘结构的直径略小或基本相等。
[0014]在本专利技术的一些实施方式中，圆盘凸起结构与金属条状结构之间的间距为1.5
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3μm。间距为圆盘凸起结构的边缘与金属条状结构的边缘之间的最短距离。
[0015]入射场的能量无法直接耦合给暗模，只有通过明模，将能量近场耦合给暗模。能量从入射场先耦合到明模，然后明模再把大部分能量再耦合给暗模，最后，暗模表现为高能量值，明模表现为低能量值。明模可以给暗模耦合能量，而暗模的能量也可以再次耦合回明模，这样就形成了两条通道，当这两条通道发生相消干涉时，会导致电磁诱导透明现象。
[0016]周期性单元结构的几何结构设计和材质影响发生耦合时的耦合系数。圆盘凸起结构与金属条状结构之间的间距影响明模和暗模之间耦合、干涉的过程，影响产生电磁诱导透明现象。
[0017]在本专利技术的一些实施方式中，周期性排布机构为矩形阵列的排布形式。
[0018]在本专利技术的一些实施方式中，相邻两排周期性结构之间的，相对的两个圆盘外边缘的最短间距为100
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200μm；进一步，间距为110
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140μm。
[0019]在本专利技术的一些实施方式中，每排的相邻的两个周期性结构的，圆盘外边缘的最长间距为10
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100μm；进一步，间距为80
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100μm。
[0020]周期性结构的设置，对整体结构的电磁诱导透明的效果具有影响，在一定的间距的设置下，才能使整体产生稳定的EIT效应。
[0021]在本专利技术的一些实施方式中，金属条状结构的材质为金、银、铝、铁、钛等金属材料中的一种。
[0022]在本专利技术的一些实施方式中，圆盘凸起结构的材质与基底的材质相同。
[0023]在本专利技术的一些实施方式中，基底为硅基底或石英衬底。
[0024]金属条状结构的材质和圆盘凸起结构的材质影响耦合系数。
[0025]第二方面，上述太赫兹电磁诱导透明超材料的制备方法，具体步骤为：
[0026]依次在基底上形成周期性的圆盘结构、条状结构；
[0027]然后在条状结构对应的位置上生长金属层。
[0028]先生长出了凸起的盘结构，在后续蚀刻步骤以后留下了没有光刻胶的条状结构，在没有光刻胶的地方生长金属，最后除去光刻胶以后便留下金属条状结构。
[0029]在本专利技术的一些实施方式中，在基底上形成周期性的圆盘结构的方法为：在基底上涂覆光刻胶，然后烘干、冷却、曝光、显影、定影得到周期性的圆盘状的光刻胶掩膜结构，然后进行刻蚀得到周期性的圆盘结构。
[0030]在本专利技术的一些实施方式中，在基底上形成周期性的条状结构的方法为：在具有周期性的圆盘结构的基底上涂覆光刻胶，然后烘干、冷却、曝光、显影、定影得到周期性的条状的光刻胶掩膜结构，然后进行刻蚀得到周期性的条状结构。
[0031]在本专利技术的一些实施方式中，生长金属层的方法为电子束蒸发法。
[0032]在本专利技术的一些实施方式中，金属层制备之后，利用liftoff方法除去光刻胶。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种太赫兹电磁诱导透明超材料，其特征在于：包括基底和硅基底上的周期性排布机构，每个周期性结构包括一个圆盘凸起结构和一个金属条状结构，金属条状结构位于圆盘结构的一侧，金属条状结构与圆盘凸起结构的直径平行。2.如权利要求1所述的太赫兹电磁诱导透明超材料，其特征在于：圆盘凸起结构的半径为10
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100μm，厚度1
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10μm；进一步，圆盘凸起结构的半径为30
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50μm，厚度为3
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8μm；更进一步，圆盘凸起结构的半径为35
‑
40μm，厚度为3
‑
5μm。3.如权利要求1所述的太赫兹电磁诱导透明超材料，其特征在于：金属条状结构的长度为10
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100μm，宽度1
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10μm，厚度0.1
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1um；进一步，金属条状结构的长度为36
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40μm，厚度为0.3
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0.6μm。4.如权利要求1所述的太赫兹电磁诱导透明超材料，其特征在于：金属条状结构的长度比圆盘结构的直径相差0
‑
30微米。5.如权利要求1所述的太赫兹电磁诱导透明超材料，其特征在于：圆盘凸起结构与金属条状结构之间的间距为1.5
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3μm。6.如权利要求1所述的太赫兹电磁诱导透明超材料，其特征在于：周期性排布机构为矩形阵列的...

【专利技术属性】
技术研发人员：时彦朋，花明，刘笑宇，宋金梅，李美坪，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：