Усиление поглощения электромагнитного излучения в графене дифракционной решеткой
Аннотация
Теоретически рассматривается возможность резкого роста поглощения излучения терагерцового диапазона в графене, которое достигается размещением его вблизи металлической дифракционной решетки. Решение задачи заключается в разложении полей по флоке-модам и применении граничных условий для тангенциальных составляющих электромагнитного поля. Вследствие дифракции электромагнитной волны на решетке и интерференции волн удается достичь концентрации энергии электромагнитного поля в области размещения графена. Показано, что для двух вариантов решетки – отражающей и пропускающей – при определенном выборе физических параметров достигается практически полное поглощение электромагнитного излучения в атомарно тонком слое графена, что в несколько раз превосходит по величине поглощение в свободностоящем графене, имеющем такие же параметры. Результаты исследования могут быть использованы при разработке детекторов и сенсоров в активно развивающейся в настоящее время области терагерцовой спектроскопии.
Литература
- Geim A. K., Novoselov K. S. The rise of grapheme. Nat. Mater. 2007. Vol. 6, issue 3. P. 183–191. DOI: 10.1038/nmat1849.
- Katsnelson M. I. Graphene: Carbon in Two Dimensions. New York : Cambridge University Press, 2012.
- Mikhailov S. A. Carbon Nanotubes and Graphene for Photonic Applications. Cambridge : Woodhead Publishing, 2013. P. 171–219.
- Ferrari A. C., Bonaccorso F., Falʼko V., et al. Science and technology roadmap for graphene, related two-dimensional crystals, and hybrid systems. Nanoscale. 2015. Vol. 7. P. 4598–4810. DOI: 10.1039/C4NR01600A.
- Vicarelli L., Vitiello M. S., Coquillat D., et al. Graphene field-effect transistors as room-temperature terahertz detectors. Nat. Mater. 2012. Vol. 11, issue 10. P. 865–871. DOI: 10.1038/nmat3417.
- Bonaccorso F., Sun Z., Hasan T., et al. Graphene photonics and optoelectronic. Nat. Photonics. 2010. Vol. 4. P. 611–622. DOI: 10.1038/nphoton.2010.186.
- Booth T. J., Blake P., Nair R. R. Macroscopic Graphene Membranes and Their Extroordinary Stiffness. Nano Lett. 2008. Vol. 8, issue 8. P. 2442–2446. DOI: 10.1021/nl801412y.
- Kuzhir P., Volynets N., Maksimenko S., et al. Multilayered Graphene in Ka-Band: Nanoscale Coating for Aerospace Applications. J. Nanosci. Nanotechnol. 2013. Vol. 13, No. 8. P. 5864–5867. DOI: 10.1166/jnn.2013.7551.
- Wallace P. R. The Band Theory of Graphite. Phys. Rev. 1947. Vol. 71, issue 9. P. 622–634. DOI: 10.1103/PhysRev.71.635.
- Batrakov K., Kuzhir P., Maksimenko S., et al. Flexible transparent graphene/polymer multilayers for efficient electromagnetic field absorption. Sci. Rep. 2014. Vol. 4. Article ID: 7191. DOI: 10.1038/srep07191.
- Batrakov K., Kuzhir P., Maksimenko S., et al. Enhanced microwave-to-terahertz absorption in grapheme. Appl. Phys. Lett. 2016. Vol. 108, issue 12. Article ID: 123101. DOI: 10.1063/1.4944531.
- Ott H. Electromagnetic compatibility engineering. New York : John Wiley and Sons, 2009.
- Lee Yun-Shik. Principles of Terahertz Science and Technology. New York : Springer, 2009.
- Landau L. D., Lifshitz E. M. [Theoretical physics. Electrodynamics of Continuous Media]. Moscow, 1982 (in Russ.).
- Knop K. Rigorous diffraction theory for transmission phase gratings with deep rectangular grooves. JOSA. 1978. Vol. 68, issue 9. P. 1206–1210. DOI: 10.1364/JOSA.68.001206.
- Lalanne P., Morris G. M. Highly improved convergence of the coupled-wave method for TM polarization. JOSA A. 1996. Vol. 13, issue 4. P. 779–784. DOI: 10.1364/JOSAA.13.000779.
Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:
- Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
- Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
- Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).