[发明专利]一种石墨烯-二氧化钒超材料吸收器及可调谐太赫兹器件

权利要求书

1.一种石墨烯-二氧化钒超材料吸收器，其特征在于，所述超材料吸收器具有多层结构，按照自上至下的结构顺序，所述超材料吸收器包括：

二氧化钒谐振器阵列，其包括沿水平面呈阵列排布的多个谐振器单元，所述谐振器单元由二氧化钒材料制备而成；谐振器单元呈一体式的工字型，包括第一横板、第二横板和中间条带；第一横板和第二横板长度相等且相互平行，中间条带两端分别与第一横板和第二横板的中点固定连接；所述第一横板、第二横板和中间条带的高度均相等，三者的宽度也均相等；所述二氧化钒谐振器阵列中，每个谐振器单元的中间条带的延伸方向与水平面的X轴方向具有小于90°的夹角；

连续石墨烯层，其由单层碳原子排列构成；所述二氧化钒谐振器阵列贴合在所述连续石墨烯层的上表面；

Topas介质层，其位于所述连续石墨烯层下方，所述连续石墨烯层贴合在Topas介质层上表面；以及

金属层，其位于所述Topas介质层下方，所述Topas介质层贴合在金属层表面。

2.如权利要求1所述的石墨烯-二氧化钒超材料吸收器，其特征在于：所述二氧化钒谐振器阵列中，两个相邻的谐振器单元中相同位置的间距为谐振器单元的结构单元周期P；所述超材料吸收器中，谐振器单元的结构单元周期为P＝30μm。

3.如权利要求1所述的石墨烯-二氧化钒超材料吸收器，其特征在于：所述谐振器单元的厚度为T₁；谐振器单元的中间条带的长度为L₁；谐振器单元中第一横板和第二横板的长度均为L₂；谐振器单元的中间条带、第一横板、第二横板的宽度均为W；所述谐振器单元中T₁的取值范围为0.1-2μm，L₁的取值范围为14-23μm，L₂的取值范围为10-13μm，W的取值范围为1-1.5μm。

4.如权利要求3所述的石墨烯-二氧化钒超材料吸收器，其特征在于：所述Topas介质层的材料相对介电常数ε₁＝2.35，Topas介质层的厚度T₃＝14.5μm。

5.如权利要求4所述的石墨烯-二氧化钒超材料吸收器，其特征在于：所述金属层中，金属材料的电导率范围不小于200000S/m；金属层的厚度T₄的取值范围为0.1-0.5μm。

6.如权利要求5所述的石墨烯-二氧化钒超材料吸收器，其特征在于：所述二氧化钒谐振器阵列中，每个所述谐振器单元的中间条带的延伸方向与水平面的X轴方向的夹角为45°，谐振器单元的结构单元周期为P＝30μm；谐振器单元中：T₁＝2μm，L₁＝23μm，L₂＝13μm，W＝1μm；连续石墨烯层中：厚度T₂＝1nm；Topas介质层中，ε₁＝2.35，T₃＝14.5μm；金属层中：金属材料选择电导率为σ＝4.5e+07S/m的贵金属材料金，T₄＝0.3μm。

7.一种可调谐太赫兹器件，其特征在于：所述可调谐太赫兹器件包括：

超材料吸收器，其采用如权利要求1-6任意一项所述石墨烯-二氧化钒超材料吸收器，所述超材料吸收器用于进行电磁波吸收；所述可调谐太赫兹器件通过调节所述连续石墨烯层中石墨烯的费米能级和表面电导率，实现对超材料吸收器的工作频带的动态调谐；所述可调谐太赫兹器件通过调节二氧化钒谐振器阵列中二氧化钒材料的电导率，实现超材料吸收器对同一频带内电磁波的吸收率的动态调谐；

温度控制模块，其用于调节所述超材料吸收器的环境温度，使得超材料吸收器中谐振器单元的二氧化钒材料产生可逆相变，进而调节二氧化钒材料的电导率；以及

电路模块，其用于向超材料吸收器中的连续石墨烯层施加偏置电压，进而调节石墨烯的费米能级和表面电导率。