Influence of oxygen-defects on intraband terahertz conductivity of carbon nanotubes
本研究探讨了氧等离子体处理引入的缺陷对单壁碳纳米管太赫兹带内电导率的影响，发现缺陷会降低电导率并减缓载流子迁移，通过修正Drude模型揭示了缺陷对载流子动力学的作用，为太赫兹器件的多级工程定制提供了潜力。
2025-07-01 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Terahertz metamaterials for linear polarization conversion and anomalous refraction
极化是电磁波的基本特性之一，在信号传输和灵敏测量中传递着有价值的信息。用于先进偏振控制的传统方法对材料性能提出了苛刻的要求，并且仅获得有限的性能。在这里，我们展示了基于超材料的超宽带、高效的太赫兹偏振转换器，它能够将线性偏振态旋转成正交偏振态。基于这些结果，我们创建能够实现近乎完美的反常折射的超材料结构。我们的工作为创造高性能光子器件开辟了新的机会，并使新兴的超材料功能应用于技术上困难的太赫兹频率制度。
2013-08-14 physics.optics
Tunable Terahertz Amplification Based on Photoexcited Active Graphene Hyperbolic Metamaterials
在太赫兹（THz）频率下的电磁辐射的有效放大和激射是主要通过具有有限可调谐性和窄带功能的量子级联激光器配置实现的非平凡任务。存在对在宽频率范围内具有可重构操作的紧凑且高效的THz电磁源的强烈需求。光激发石墨烯可以作为增益介质，在低THz频率下产生相干辐射，但由于其厚度太薄，其响应非常弱。在这项工作中，我们展示了一种替代设计，以实现有效的可调谐和紧凑的太赫兹放大器和激光器的宽带操作的基础上，主动太赫兹双曲超材料（HMM）设计的多个堆叠的光激发石墨烯层由薄电介质片分离。双曲太赫兹响应的建议的双曲有源隐马尔可夫模型的解析和数值研究和特点。当基于石墨烯的HMM结构被周期性地图案化时，由于双曲色散，宽带慢波传播机制被识别。在这种情况下，可重构放大的太赫兹波在一个很宽的频率范围内获得，这可以通过改变石墨烯的准费米能级可调。我们证明了所提出的可调谐太赫兹放大器或激光器的太赫兹响应由入射光泵浦（光掺杂）和HMM波导阵列中的加载电介质材料控制，这是一个有趣的特性，可以具有太赫兹放大，发射和传感应用的巨大潜力。
2018-11-15 physics.optics
A spectrally tunable plasmonic photosensor with an ultrathin semiconductor region
表面等离子体共振（SPR）技术已被广泛应用于光传感器中，以改善其吸收性能。石墨烯已经成为一种有前途的等离子体材料，它支持可调谐SPR，并显示出比金属更大的灵活性。在这封信中，混合光电传感器的基础上集成的周期性十字形石墨烯阵列与半导体吸收的光。一个十倍的吸收增强在一个大的范围内的入射角为两个光偏振以及相当高的光生速率（$\sim10^{37}$）被证明在共振。与传统的金属基等离子体增强型光传感器相比，该传感器可以通过调控石墨烯的费米能级来方便地调节吸收增强。所提出的光电传感器可以放大在选定的波长的入射光的光响应，从而被用于在中红外（中红外）和太赫兹（THz）制度的高效率和可调光谱选择性的光敏。
2017-04-10 physics.optics
Hybrid Graphene-Plasmonic Gratings to Achieve Enhanced Nonlinear Effects at Terahertz Frequencies
高输入强度通常需要有效地激发非线性光学效应。这个问题在太赫兹（THz）频率下特别关键，因为高输入功率THz源不可用。在太赫兹频率的增强非线性效应的演示是特别重要的，因为这些非线性机制的承诺，发挥重要作用，在新的可重构平面太赫兹非线性器件的开发和设计。在这项工作中，我们提出了一类新的非线性混合平面太赫兹器件的基础上，石墨烯覆盖的等离子体光栅表现出非常大的非线性响应。沿着石墨烯单层的电场的鲁棒局部化和增强，与石墨烯的大的非线性电导率相结合，可以导致在太赫兹频率下的增强的三次谐波产生（THG）和四波混频（FWM）非线性过程。这些有趣的非线性效应表现出非常高的非线性转换效率，并由相对较低的实际输入强度触发。此外，THG和FWM过程可以通过所提出的混合结构的尺寸、石墨烯的掺杂水平或输入强度值来显著调谐，而非线性辐射功率对激发源的入射角保持相对不敏感。所提出的非线性混合石墨烯覆盖等离子体光栅具有相对简单的几何形状，并且可以用于以有限的制造复杂度实现高效的三阶THz效应。基于所提出的混合非线性结构，我们设想了几种新的非线性太赫兹器件，如频率发生器、全光信号处理器和波混频器。这些器件有望用于非线性太赫兹光谱学、非侵入性太赫兹亚波长成像和太赫兹通信应用。
2018-12-10 physics.optics
Broadband Polarizers Based on Graphene Metasurfaces
我们提出了太赫兹（THz）超颖表面的基础上对齐的矩形石墨烯贴片放置在介电层的顶部，以将传输的线性偏振波转换为圆或椭圆偏振辐射。我们的研究结果导致的设计一个100万宽带太赫兹四分之一波片。此外，基于L形石墨烯周期性贴片阵列的超颖表面被证明在反射和透射中实现宽带交叉偏振转换。所提出的超颖表面设计具有可调的响应，并设想成为几个集成的太赫兹系统的构建块。
2016-10-29 physics.optics
High-efficiency terahertz spin-decoupled meta-coupler for spoof surface plasmon excitation and beam steering
在现代微波和太赫兹领域中，将其他多样化功能有效地集成到单个MEMS器件中的欺骗表面等离子体（SSP）元耦合器是非常期望的。然而，据我们所知，由于正交入射波之间的自旋耦合，多样化的功能尚未应用于圆偏振元耦合器。在本文中，我们提出并数值演示了太赫兹自旋解耦的双功能元耦合器SSP激发和光束转向。所设计的元耦合器由耦合元表面和传播元表面组成。前者的作用是在左、右圆极化波的照射下实现异常反射或将入射波转换为SSP，后者的作用是将激发的SSP导出。在0.3THz处，对左右圆偏振入射波的转换效率分别达到82%和70%。此外，通过适当地调整反射相位分布，许多其他多样化的功能也可以集成到元耦合器中。我们的研究可能为偏振相关的SSP耦合器，探测器和其他实用的太赫兹器件开辟新的路线。
2019-04-12 physics.optics
Strong and broadly tunable plasmon resonances in thick films of aligned carbon nanotubes
低维等离子体材料可以用作深亚波长尺度的高质量太赫兹和红外天线。尽管这些天线与电磁场的耦合很强，但迫切需要进一步加强其吸收。我们解决这个问题，通过制造厚膜的对齐，均匀尺寸的碳纳米管，并表明它们的等离子体共振是强大的，狭窄的，广泛的可调。厚度范围从25到250 nm，我们的薄膜表现出峰值衰减达到70%，品质因数达到9，和静电可调谐的峰值频率的2.3倍。优良的纳米管排列导致衰减沿纳米管轴线性极化99%。增加薄膜厚度将等离子体共振器蓝移到低至1.4微米的峰值波长，将它们提升到新的近红外区域，在该区域中它们既可以与S11纳米管激子能量重叠，又可以访问技术上重要的红外电信波段。
2017-06-23 physics.optics
Polarization-controlled anisotropic coding metamaterials at terahertz frequencies
基于有效介质的异向介质由于其能够自适应地调整自然界中不存在的有效介质参数，已经实现了许多不寻常的物理特性（如负折射和隐形隐身）。最近，有人提出通过设计具有相反相位响应的数字元件“0”和“1”的编码序列来控制电磁波的编码超材料。本文提出了太赫兹各向异性编码超材料的概念，其不同方向的编码行为依赖于太赫兹波的偏振状态。我们实验证明了一个灵活的偏振控制的各向异性编码超颖表面功能在太赫兹制度使用专门设计的编码元件。通过用精心设计的数字序列（1位和2位）对元件进行编码，x偏振和y偏振反射波可以在三维空间中独立偏转或扩散。模拟的远场散射图案以及近场电场分布，以说明双功能性能的编码超颖表面，这表明良好的协议的测量结果。我们进一步证明了各向异性编码超颖表面产生分束器的能力，并同时实现异常反射和偏振转换，为不同偏振态的太赫兹波提供了强有力的控制。所提出的方法，使通用的光束行为下的正交偏振使用一个单一的元表面，因此将有望有趣的太赫兹器件。
2015-09-12 physics.optics
Detection of deep-subwavelength dielectric layers at terahertz frequencies using semiconductor plasmonic resonators
由掺杂硅制成的等离子体领结天线可以在太赫兹（THz）频率下作为等离子体谐振器工作，并在其间隙附近提供大的场增强。我们从实验和理论上证明了接近天线表面的场限制使得能够检测比自由空间波长薄约3750倍的纳米（100 nm）无机膜。基于模型计算，我们得出结论，探测灵敏度及其随沉积层厚度的变化与天线周围的局部太赫兹场分布的衰减和蝴蝶结天线的间隙中的局部场增强有关。这种大的场增强具有提高基于等离子体激元的生物和化学传感器的检测限的潜力。
2012-10-23 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Optical and Terahertz Response of Carbon Nanostructures
在过去的三十年左右，我们见证了碳基纳米材料的研究和技术取得了非凡的进展。在这些特殊的亮点中，有富勒烯、碳纳米管和华丽的简单透明胶带剥离石墨烯的发现。这些不同的同素异形体形式的纳米碳的独特的物理化学性质在许多科学和技术领域开辟了广阔的应用前景，特别强调光电子学和光子学。许多这些应用的先决条件是一个透彻的理解的性质的基本和耦合的激励，也涉及到他们的各种动力学过程。在这里，我们提出了最近的兴奋与碳纳米结构，特别是量子点，纳米管和石墨烯的概述。我们讨论了他们的一些非常有趣的性质，通过光学和太赫兹光谱工具。在光学频率下，发光特性，非线性和超快响应已被提出，而低能响应已被认为是通过使用THz时域光谱获得的研究。最后，我们总结了碳纳米系统物理学在实际应用中的一些未来展望。
2021-04-13 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Terahertz Plasmonic Transport in Topological Valley Metal-slabs
本文提出基于超薄金属板的Kagome光子绝缘体，通过旋转空气孔打破对称性实现太赫兹拓扑谷输运，验证了鲁棒波导和正负折射，为紧凑光子集成提供新途径。
2024-09-19 physics.app-ph physics.optics
Tunable THz generation and enhanced nonlinear effects with active and passive graphene hyperbolic metamaterials
由于石墨烯与入射光之间的弱光物质相互作用，石墨烯的活性和非线性性质受到限制。在这项工作中，我们提出了增强的非线性效应在低太赫兹（THz）范围内通过设计一种新的图案化石墨烯双曲超材料（GHMM）。更具体地说，它表明，三次谐波产生（THG）可以显着增强所提出的GHMM由于在共振场的增强，以及支持慢光响应，促进强轻物质相互作用。
2020-03-03 physics.optics
Giant gate-tunability of complex refractive index in semiconducting carbon nanotubes
材料中的电可调光学性质对于从显示器到激光和光通信的许多应用是期望的。在大多数二维薄膜和其他量子限制材料中，这些常数已经被精确测量。然而，单壁纳米管（SWCNT）作为静电调谐的函数的光学常数尚未被测量，由于缺乏电子纯度和大面积的空间均匀性。在这里，我们测量的基本光学常数的高纯度（>99%）的半导体单壁碳纳米管（s-SWCNT）薄膜的光谱椭圆偏振法。我们提取了s-SWCNT薄膜的门可调复折射率，并观察到在近红外（IR）区域（1.3-1.55 μm）由所施加的电场诱导的实际折射率（~11.2%或绝对值>0.2）和消光系数（~11.6%）的巨大调制，其显著高于该波长范围内所有现有的电光半导体。我们进一步通过组合s-SWCNT和单层MoS 2异质结构来设计多层IR反射相位调制器叠层，其可以在1600 nm波长下获得>45°反射相位调制，总叠层厚度< 200 nm。我们的研究结果突出了s-SWCNT作为一个有前途的材料系统，在电信应用中的红外光子学和电光。
2020-09-24 physics.app-ph physics.optics
Ultrathin 2 nm gold as ideal impedance-matched absorber for infrared light
热探测器是红外（IR）和太赫兹（THz）技术的基石，因为它们的光谱范围很宽。这些探测器需要合适的具有最小热质量的宽光谱吸收体。这通常通过等离子体吸收剂来实现，其确保高吸收率但仅用于窄光谱带。或者，一种常见的方法是基于将薄金属膜的薄层电阻与自由空间阻抗的一半进行阻抗匹配。因此，可以实现高达50%的与波长无关的吸收率，这取决于底层衬底的介电性质。然而，现有的吸收膜通常需要几十纳米量级的厚度，例如氮化钛（14 nm），这会显著恶化热换能器的响应。在这里，我们提出了一个1.2纳米的氧化铜种子层作为一个有效的红外吸收剂的顶部上的金（2纳米）的应用程序。在2 $μ$ m ~ 20 $μ$ m范围内，吸收率几乎与波长无关，长时间稳定，吸收率为47（3）%。所提出的金薄膜代表了一种几乎理想的阻抗匹配红外吸收体，它允许显着改善国家的最先进的热探测器技术。
2019-11-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Electrical Control of Broadband Terahertz Wave Transmission with Two-Terminal Graphene Oxide Devices
碳纳米材料如碳纳米管和石墨烯已被证明是有源光电子器件的有效构建块。特别是，结晶石墨烯的奇异性质，例如线性/无间隙能量色散，为在红外（IR）和太赫兹（THz）制度下开发具有大调制深度的有源光子调制器提供了通用途径。在这里，我们展示了氧化石墨烯（GO），一种具有随机分布的分子缺陷（例如，吸附的水分子和穿孔），当结合到两端电极装置中时，可以提供不同的方式来有效地控制宽带THz传输幅度。在GO的局域杂质态（LIS）中电俘获的载流子（其来源于GO的完全随机缺陷结构）导致即使在室温下宽带THz波（0.3 ~ 2.0 THz）的透射幅度的大调制（~30%）。在宽带THz传输控制中观察到的有趣的滞后行为进一步证实了捕获的载流子在宽带THz波切换中的关键作用。通过将GO简单溶液印刷到双端电极上构造的器件架构使得能够容易地实现有源光子器件。
2015-08-12 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Broadband Solar Selective Absorber with Dallenbach-type Bilayer Structure Achieved Using Carbon Nanotube Membranes with Tailored Optical Spectra
针对传统材料限制干涉型吸收器制备的问题，本研究采用光谱定制的超薄单壁碳纳米管膜作为吸收层，制备Dallenbach型双层结构太阳能吸收器，实现高选择性吸收与低辐射损失，性能优于类黑体吸收器。
2025-11-13 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Evidence of Ultrashort Orbital Transport in Heavy Metals Revealed by Terahertz Emission Spectroscopy
Fudan University（复旦大学）
本研究通过太赫兹发射光谱首次实验证实重金属中极短轨道平均自由程，揭示了体内的反向轨道霍尔效应主导轨道到电荷转换过程。
2026-03-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Co$_2$FeAl full Heusler compound based spintronic terahertz emitter
为了从自旋电子太赫兹发射器（STE）获得大的太赫兹（THz）幅度，需要具有100%自旋极化的材料（诸如钴基Heusler化合物）作为铁磁层。然而，已知这些化合物在薄膜区域中失去其半金属性，因为难以实现L2 $_1$有序化，这已成为薄膜生长的瓶颈。在这里，成功的沉积使用室温DC溅射的L2 $_1$和B2有序相的Co $_2$ FeAl全赫斯勒化合物的报告。在Co $_2$ FeAl/Pt STE中，Co $_2$ FeAl用作铁磁层，高度取向的Pt用作非铁磁层，其中MgO（10 nm）种子层对于实现Co $_2$ FeAl的L2 $_1$和B2有序化起重要作用。在CFA/Pt STE中产生THz辐射，其带宽在0.1-4 THz范围内。太赫兹电场的幅度进行了优化，相对于厚度，取向，和生长参数，使用厚度依赖模型，考虑光致自旋电流，超扩散自旋电流，逆自旋霍尔效应和太赫兹辐射的衰减层。本研究基于全Heusler Co $_2$ FeAl化合物，在涉及全Heusler化合物的STE研究中开辟了过多的可能性。
2021-01-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Toward a terahertz-driven electron gun
凝聚态物理学家需要具有keV能量和eV能量扩展的飞秒电子束来解决碳纳米管，分子结构，有机盐和电荷密度波材料中的状态转换。这些半相对论电子源不仅对超快电子衍射感兴趣，而且对电子能量损失谱和作为X射线自由电子激光的种子也感兴趣。到目前为止，超快电子枪的输出能量扩展（因此脉冲持续时间）受到发射器表面处可实现的电场的限制，该电场对于DC枪为10 MV/m，对于RF枪为200 MV/m。单周期THz电子枪提供了不仅实现GV/m表面电场而且还具有相对低的THz脉冲能量的独特机会，因为单周期变换限制波形是实现强电场的最有效方式。在这里，从一个平坦的铜光电阴极的50 fC的电子聚束从静止加速到几十eV的微焦耳太赫兹脉冲的峰值电场为72 MV/m，在1 kHz的重复率。我们表明，缩放到容易获得的GV/m太赫兹场制度将转化为~100 keV的单能电子束。
2015-03-23 physics.acc-ph physics.optics
Light-induced quantum friction of carbon nanotubes in water
研究通过功率依赖扩散、化学调控、THz光谱和模拟，证明近红外荧光SWCNTs中的激子可向水氢键网络耗散能量并产生光诱导量子摩擦。
2025-03-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Nanoconcentration of Terahertz Radiation in Plasmonic Waveguides
近年来，纳米等离子体激元在可见光和近红外波段得到了爆炸性的研究和发展。纳米等离子体激元学中最基本的效应之一是光能的纳米聚集。等离子体纳米聚焦已经被预测和实验实现。这将是非常有益的基础科学，工程，环境和国防应用，能够纳米集中太赫兹辐射（频率1 - 10太赫兹或真空波长300 - 30微米）。这将允许太赫兹成像的纳米级空间分辨率，并在纳米级上引入太赫兹光谱学，充分利用丰富的太赫兹光谱和许多广泛感兴趣的工程，物理和生物对象的亚微米到纳米级结构：电子元件（集成电路等），细菌，它们的孢子，病毒，大分子，碳簇和纳米管，在这封信中，我们建立了金属/电介质波导中太赫兹辐射的纳米浓度的主要限制，并确定了这种纳米浓度所需的最佳形状。我们预测，太赫兹辐射从光波长的初始光斑尺寸到最终尺寸R = 100的绝热压缩。250 nm可以实现与太赫兹辐射强度增加了10至250倍。这种太赫兹能量纳米集中不仅将提高空间分辨率并增加太赫兹成像和光谱学的信噪比，而且与最近开发的强大太赫兹脉冲源相结合，将允许观察非线性太赫兹效应并进行各种非线性光谱学（如二维光谱学），这是非常有用的。
2008-08-09 physics.gen-ph physics.optics
Near-Field Optical MIMO Communication with Polarization-dependent Metasurfaces
在纳米尺度上控制波的能力已经吸引了人们对光学成像和加密系统中的超表面透镜（metalenses）的相当大的关注。我们提出了一种主动调谐超颖表面的方法，通过将铟锡氧化物（ITO）作为电光可调谐材料的一个单元电池集成到一个可调谐层。一个拟议的设计特点是两个正交的翅膀，可以独立地操纵波与相应的正交偏振。通过调制所施加的偏置电压来改变ITO累积层中的载流子浓度。该偏置电压在太赫兹频率下为反射的横向电极化波和横向磁极化波产生相位变化。可以通过改变偏置电压来移动超透镜的两个焦点而没有任何物理移动。此外，本文探讨了虚拟移动超透镜的一种新的多输入多输出（MIMO）通信架构的应用。我们演示了一个基于单点二进制数据通信和十六进制轨道角动量（OAM）数据通信的通信系统。然后，正交信道可以用于具有高容量的MIMO通信。所提出的设计为高速通信以及偏振控制的分子成像系统铺平了道路。
2022-10-19 physics.app-ph physics.optics
Enhancement of Raman Light Scattering in Dye-Labeled Rat Glioma Cells by Langmuir-Blodgett CNT-Bundles Arranged on Metal-Containing Conducting Polymer Film
我们已经制造了层状纳米复合材料组成的纳米多孔阳极氧化铝子层（AOA），含重金属的聚合物Langmuir-Blodgett（LB）膜涂层AOA，和多壁碳纳米管（MCNT）束，这是安排在LB膜。对MCNTs进行了初步的羧基化学修饰和硬脂酸功能化。我们在实验上观察到LB-单分子膜表面等离子体激元的拉曼光散射增强。这种增强是由于电荷和能量转移。我们证明，碘化丙啶（PI）荧光淬灭的MCNT束。提出了一种基于MCNT增强拉曼光谱的二维系统成像方法。这种方法已被应用到可视化的活PI标记的大鼠胶质瘤细胞膜上的粘着斑网站。
2015-02-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
