Optics Communications 一种基于狄拉克半金属的具有可调谐双带到宽带圆二色性的太赫兹手性超材料

文摘   2025-01-25 12:00   安徽  

手性超材料在操纵电磁波中起着至关重要的作用。本文提出了一种三维Dirac半金属材料(3D DSM)超材料结构,适用于太赫兹(THz)频率下的可宽带圆二色性(CD)效应。利用琼斯矩阵、电磁多极共振理论和原子轨道杂化模型,从共振峰和带宽方面系统分析了DSM超材料在反射透射设计中的谐振性能。仿真结果表明,双层DSM超材料在透射谱中具有双带共振支持手性响应,可以通过调整上下DSM超材料层的旋转角度和DSM的费米能级来调整其CD和工作频率。因此,从0到0.51的可调谐CD可以在3.56 THz到4.02 THz的宽内实现。此外,谐振频率对周围的折射率(RI)高度敏感,可产生高达308.6 GHz/RIU的RI传感灵敏度。所提出的基于DSM的手性超材料具有可调谐和宽带设计,为光偏振调制、手性传感、成像和通信提供了一种通用的设计方法和潜在的应用。


综上所述,本文提出了一种基于DSM多凸结构的可调谐的宽带太赫兹手性超材料。仿真结果表明,设计的c4对称超材料在传输构型中具有光学手性,而在反射构型中的超材料不支持CD现象。单层DSM超材料在透射光谱中具有一个狭窄的谐振倾角,且相应的CD随DSM厚度的增加而增大。双层DSM超材料有两个共振下降,其频率和强度由上下超材料层之间的旋转角度和DSM的费米能量来调节。结果表明,可以得到一个叠加工作频带从3.56 THz到4.02THz,CD值从0到0.51的宽带CD谱。为了解释双层DSM超材料的模态耦合过程,我们采用了多极共振分析和p-p轨道重叠π-耦合过程模型。此外,还通过监测响应于周围折射率的谐振频移来探索其传感性能。其灵敏度为308.6 GHz/ RIU。我们目前对DSM支持超材料太赫兹手性响应的模拟将激发未来的相关实验工作,可能按照S6节支持信息所示的步骤制作。基于的DSM手性超材料不仅作为可切换的太赫兹调制器或高灵敏度传感器,而且为开发新型光学手性器件和DSM相关光子器件提供了广阔的应用前景。





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