Deep Learning Enabled Design of Terahertz High-Q Metamaterials
本文提出基于深度学习的太赫兹高Q值超材料设计方法，通过ERT模型实现光谱正向预测，VAN模型实现结构逆向设计，精度较传统方法提升1-2个数量级，计算速度提升4000倍。
2023-12-21 physics.app-ph physics.optics
Complementary Vanadium Dioxide Metamaterials with Enhanced Modulation Amplitude at Terahertz Frequencies
创建可调谐超材料的一种途径是通过与“按需”动态量子材料（如二氧化钒（VO 2））集成。这使得新的模式能够为历史上具有挑战性的应用创建高性能设备。事实上，动态材料经常与超材料集成，以赋予人工结构某种程度的可调谐性。相反，超材料可用于增强和扩展动态材料的自然调谐范围。利用沉积在VO 2薄膜上的互补开口环谐振器阵列，我们证明了在~340 K下穿越绝缘体-金属过渡（IMT）时增强的太赫兹透射调制。我们的互补超材料将原始VO 2膜的调制幅度从42%增加到68.3%，在0.47 THz时穿过IMT，对应于62.4%的增强。此外，温度相关的传输测量揭示了由VO 2膜的介电常数的巨大增加所产生的谐振频率的红移。Maxwell-Garnett有效介质理论被用来解释介电常数在通过IMT时的变化。我们的研究结果强调，超材料阵列与量子材料的共生集成提供了一个强大的方法来工程紧急功能。
2022-06-23 physics.app-ph physics.optics
Scattering Cross Section in a Cylindrical anisotropic layered metamaterial
为了设计单轴各向异性超材料，引入了一种用于TE极化的分层圆柱超材料。与先前的工作不同，其中层在径向方向上，这里层在方位角方向上。通过求解麦克斯韦波动方程，分析了该材料在不同频率下的散射效率。据观察，在某些频率下，当结构的有效介电常数为零时，散射效率可以忽略不计。这一结果证实了先前的预测。研究还发现，散射抵消依赖于环境介质的相对介电常数的圆柱。有限元模拟也证实了这一结果。
2017-06-14 physics.app-ph physics.optics
Spectral domain inverse design for accelerating nanocomposite metamaterials discovery
纳米光子学背景下的逆向设计技术有助于发现紧凑和反直觉的结构/形状。我们引入了谱域逆设计的概念来搜索纳米复合超材料的光学交换空间（色散介电常数）。我们开发了一种混合优化技术，结合遗传算法和梯度下降法。我们利用这种技术来逆向设计超薄热光伏发射器涂层材料。我们的工作可以导致一个有效的方法来寻找新的多功能光学/热超材料与所需的复介电常数。
2019-11-19 physics.app-ph physics.comp-ph physics.optics
A new metric for the comparison of permittivity models in terahertz time-domain spectroscopy
本文提出一种用于太赫兹时域光谱中介电常数模型比较的新度量及稳健方法，通过噪声分析与开源软件Fit@TDS实现，并应用于α-乳糖一水合物研究，为不确定性推导和跨设备结果比较奠定基础。
2024-05-24 cond-mat.other physics.app-ph physics.optics
Tunable THz absorption in photonic crystal including graphene and metamaterial
本文研究了一种含有石墨烯和超材料层的光子晶体。利用传输矩阵法计算了该结构在太赫兹波段的吸收光谱。结果表明，通过在两层石墨烯之间添加Si、SiO2或超材料层，太赫兹吸收显著增加。结果还表明，在较宽的物理参数范围内，发生近似完全吸收。此外，结果表明，与超材料层的结构具有最高的吸收性能。
2019-10-14 physics.app-ph physics.atom-ph
Quantitative exploration of the absorber behavior of metal-insulator-metal metamaterials within terahertz via an asymmetric peak model
太赫兹（THz）超材料由于其独特的吸收体而被开发用于THz传感、探测、成像和许多其他功能。然而，异常的吸收光谱随着入射角的不同而变化。因此，我们设计并制作了一个具有金属-绝缘体-金属（MIM）结构超材料吸收体的焦平面阵列。利用太赫兹时域光谱仪（THz-TDS）测量了入射角为20 ° ~ 60 °时的吸收光谱，实验结果表明吸收光谱随入射角的变化而变化。在这项研究中，开发了一个基本的分析非对称峰模型提取吸收频率特性，定量地探讨这种变化的吸收器的行为与入射角。最好的结果是，对应于最高吸收的频率可以很容易地找到使用这个峰值模型。实验数据与非对称峰模型的验证一致。此外，第二个模型定量相关的入射角的参数被发现，允许预测的吸收光谱的位移和变化。基于二次模型的推导，预测了在特定入射角下的吸收光谱具有谷型吸收曲线。所提出的提取方法的基本特征是，它可以应用于任何基于物理的MIM超材料系统。这样的模型将指导太赫兹超材料吸收器，传感器，成像器和许多其他的设计和优化。
2022-02-25 physics.app-ph physics.optics
Phase change-photonic framework for terahertz wave control
手持设备和未来物联网所实现的功能的进步导致了过去十年中无线数据消费的爆炸式增长。对高速数据传输的不断增长的需求已经投射了太赫兹光谱范围对于下一代无线通信系统的前所未有的重要性。然而，广泛的太赫兹技术所需的多功能交互和太赫兹波的主动操纵要么不可用，要么不可扩展。在这里，我们报告了一个集成平台的硫属相变材料，锗锑碲化物（GST），与超材料的多维操纵太赫兹波。GST的热、电和光激励分别提供了太赫兹波的多级非挥发性、亚波长空间选择性和可变超快开关。相变材料的这些多方面响应可以与超材料一起使用，超材料能够实现强场限制以及按需光谱响应和频率选择性。GST的独特性和多样性与超材料设计的多功能性和可扩展性以及易于制造相结合，可以帮助开发在太赫兹范围内工作的先进器件，例如时空光调制器，神经形态光子器件，压缩成像器和可切换全息图，这对下一代无线通信系统至关重要。
2018-11-07 physics.app-ph
Independently tunable dual-spectral electromagnetically induced transparency in a terahertz metal-graphene metamaterial
理论上研究了导电石墨烯层与双光谱电磁感应透明（EIT）超材料的相互作用，实现了太赫兹（THz）波段透射峰的独立幅度调制。双光谱EIT共振是由于中间的亮切丝谐振腔（CWR）和两侧的暗双开口环谐振腔（DSRR）之间的强近场耦合效应引起的。通过在暗模谐振器下集成单层石墨烯，EIT谐振的两个透射峰可以通过移动相应石墨烯层的费米能级来表现出独立的幅度调制。调制的物理机制可以归因于石墨烯的可调谐导电性引起的暗模谐振器的阻尼因子的变化。该工作在设计具有高度灵活可调谐性的多光谱THz功能器件方面显示了巨大的前景，并在多通道选择性开关、调制和慢光等方面具有广阔的应用前景。
2018-07-06 physics.app-ph physics.optics
Actively tunable terahertz electromagnetically induced transparency analogue based on vanadium-oxide-assisted metamaterials
近年来，相变材料因其可动态调谐的光学特性而受到人们的广泛关注。在这里，我们研究了基于太赫兹（THz）超材料集成钒氧化物（VO 2）的电磁感应透明（EIT）模拟的主动控制。利用VO 2的绝缘体-金属跃迁，可以对EIT峰的幅度进行有效的调制。同时透明窗内的群延迟也可以动态调节，实现慢光效果的主动控制。此外，我们还引入了独立可调的透明峰以及群延迟的双峰EIT具有良好的调谐性能的基础上。最后，基于宽带EIT，实现了EIT峰值品质因数的有源调谐。这项工作引入了更多的自由度，采用VO 2的有源EIT控制，并可以找到潜在的应用在未来的无线和超快太赫兹通信系统的多通道滤波器，开关，间隔，逻辑门和调制器。
2019-05-25 physics.app-ph physics.optics
Ultrafast terahertz superconductor van der Waals metamaterial photonic switch
本研究设计了基于高温超导BSCCO范德华材料的超快太赫兹超材料光子开关，实现相位和幅度调制，开关时间50皮秒，并探讨了光-物质相互作用动力学，适用于通信和量子技术。
2023-12-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.app-ph
Plasmonic instabilities and terahertz waves amplification in graphene metamaterials
等离子体激元振荡在传统的二维电子气系统中已经被深入研究了40多年，以便在远红外区域找到基于Smith-Purcell效应的真空器件的新替代品。然而，除了多方面的努力，到目前为止，在半导体异质结构中的等离子体激元产生已经非常低效。在这里，我们证明了高迁移率石墨烯超材料的使用，由于其众所周知的更强的光-等离子体耦合相比，半导体材料可以显着提高远红外等离子体放大器和发生器的效率。我们探索电流驱动的等离子体动力学，包括完美的透明度和单层石墨烯结构中的光放大。在宽频率范围内实验观察到石墨烯吸收的电流诱导的完全抑制，随后在室温下对入射的太赫兹辐射进行巨大放大（高达约9%的增益）。这些主动等离子体激元过程由石墨烯器件中相对低的偏置电压触发，导致外部量子效率比主要用于远红外技术的流行的光学到太赫兹转换器件的外部量子效率高约两个数量级。我们的研究结果与石墨烯中等离子体激元的相对低水平的损耗和高度的空间限制相结合，将为广泛的集成高速有源光电子器件开辟途径。
2018-01-14 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Design and Analysis of a Vanadium Dioxide-Based Ultra-Broadband Terahertz Metamaterial Absorber
本文设计并分析了一种基于VO2的超宽带太赫兹超材料吸收体，利用VO2相变实现动态调控，平均吸收率达98.15%，带宽5.38 THz，具有偏振不敏感和结构简单的优势。
2025-08-07 cs.SY eess.SY physics.app-ph
Achieving 100% amplitude modulation depth in a graphene-based tuneable capacitance metamaterial
本研究提出从衬底背面激发并在石墨烯贴片中引入空气间隙两种方案，克服石墨烯无带隙限制，实现了工作于2.0-2.5太赫兹、调制深度达99.01%振幅和99.99%强度、速度超3兆赫的太赫兹调制器。
2023-12-26 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Inverse design of an all-dielectric digitized terahertz optical power splitter by particle swarm optimization method
这封信提出了一种基于数字化超材料的50：50 TE太赫兹（THz）功率分配器。该装置采用粒子群优化算法进行优化。数字化超材料的结构包含在二氧化硅衬底上沉积的硅板中的圆形空气孔。优化后的结构在0.9-1.1 THz的频率范围内插入损耗（IL）小于3.9 dB。申报器械的占地面积为400 $\times$ 350 $μ$ m $^2$。该器件具有结构紧凑、效率高、全介质、与CMOS工艺兼容等优点。该器件可以作为一个重要的组成部分，在大多数太赫兹电路路由太赫兹波。
2021-04-15 physics.app-ph physics.optics
Impact of sintering conditions on the dielectric properties of TiO2 ceramics for metamaterialsapplications at terahertz frequencies
Centre de Nanosciences et Nanotechnologies - CNRS (UMR 9001) - Université Paris-Saclay（纳米科学和纳米技术中心 - 法国国家科学研究中心）；Centre Européen de la Céramique - CNRS (UMR 7315) - Université de Limoges（欧洲陶瓷中心 - 法国国家科学研究中心）；Laboratoire Albert Fert - CNRS, (UMR137) - Thales, Université Paris-Saclay（阿尔伯特·费尔特实验室 - 法国国家科学研究中心 - 泰雷兹集团）；Centre de Radiofrequences, Optique et Micro-nanoélectronique des Alpes - CNRS (UMR 5130 ) - Université Savoie Mont Blanc（阿尔卑斯射频、光学和微纳电子中心 - 法国国家科学研究中心）
研究比较传统烧结与放电等离子烧结及退火对TiO2陶瓷介电性能的影响，通过太赫兹时域光谱表征，发现优化工艺可实现低损耗（tanδ=0.006）和高介电常数（ε=103），证明TiO2是太赫兹超材料的理想材料。
2026-06-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Magneto-electric Uniaxial Metamaterials as Wide-angle, Polarization-insensitive Matching Layers
抗反射或阻抗匹配是在过去的一个世纪里直到今天一直被光学和微波界广泛研究的主题。然而，由于TE（s）和TM（p）偏振的波阻抗随着入射角的增加而发散，因此不可能利用单个常规匹配层在倾斜入射角处同时实现两种偏振的完美匹配。在本文中，我们表明，同时完善匹配的任意基板在任意入射角从空气中是可能的，具有特定的介电常数和磁导率张量的单轴超材料匹配层（UMML）。我们通过合成一个物理UMML来匹配45°下的高折射率（εr= 10.2）衬底来证明这一概念。所需的介电常数和介电常数张量的UMML实现通过明智的控制的切向和纵向的电和磁响应。在设计角度下，两种偏振都观察到约-30dB的反射。基于UMML的概念，我们设计了一种新型的天线罩在微波区与近全向匹配的性能。对于0°-85°的入射角，两种偏振的反射保持低于-14 dB。据我们所知，这是已经实现的最宽的角度范围，同时保持两个偏振的功率反射小于5%。UMML概念为设计高性能微波、太赫兹和光学器件提供了一种新的范例。
2018-09-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
