cEg4Toa.oo”器科技资讯 科技前沿 D01:10.16661/.cmki.1672-3791.2017.20.00 石墨烯双曲超材料光学特性的研究进展 谭朝幻王吴月孟方俊王胜明许吉· (南京邮电大学光电工程学院江苏南京210023) 摘要：双曲是材料因其所拥有的奇异特性具有非常大的应用前景，其中全属材料构成的双陶是材料是近年来的一个研完热 点，而用石墨烯代替金属构成的石墨培-电介质超材拼可以通过对入射电磁流须率和化学势的调节来实现双由色散科性，其相 比于金属一电介质双曲超材料和金属纳来置双曲超材料，具有更小的传给损托，更小的陆构休积并且更易于无电集成.该文 对石墨烯一电介魔双超材耕在可见光，红外以及太林查等几个波段的学特性学未工作辰开调所，首先介石墨烯和双曲为 材料的构关基知识 折射率几个方面的调控 实现对光子行为的调名 日的迷行闲 ,并介格了相 关应用】 关键词：石墨双由超材料无性 中图分类号：TQ127.11 文献标识码：A 文章编号：1872-8791(2017)07b)-0001-04 双曲超材料及石墨烯简介 1.1双曲超材料 超材料是 、工微结枸材料，是由亚波长尺度的结构单元 料是一种具有双曲色散关系的强各向异性超材料 构建的一种特殊结构，通过对结构单元的材样和厚度的调节来达 它的光学性质可以用归一化的等效介电常数张量和等效磁号 到控制电磁波传输的目的，从而可以实现自然界中的材料所不具 率张量立来表示，沿着光抽方向的张量分量值和垂直于光轴方向 有的特性.具有双曲色散关系的双由超材料(Hyperbolic 的张量分量值的正负号相反，即6·6<0成4·4<0：归一化 Metamaterials,HMMs)是超材料中的一种，也称为不确定介电 的等效介电常数张量￡和等效磁导率张量山的形式为： 媒质(Indlefinite permittivity media,PMs).棱蝶质的的电磁转 18,001 性可以通过介电常数张量店及磁导率张量立来进行描述.由于 400 双曲超材料所具有的独特的双曲色散关系，使其表现出 系列 00i 0 40 的光学现象，在隐身，光波导，成像，超透镜、聚焦热传输，和负折 (00c1 (004 射等方面具有蓓在的实用价值. 式1)中的G,和6，分别代表平行于光轴的分量和垂直于光轴 >0,a=t,<0 e=Ey=E1<0.E=E,>0 图1双曲超材科的等频双曲线 ①基金项目：南京邮电大学大学生创新训练计划批准号：XYB2016092). 作者简介：谭朝1996,7一)，男，汉，重庆人，本料，研究方向：光电信息料学与工程。 王吴月(1996,9一，女，汉，内蒙古人，本科，研究方向：光电信息科学与工程 孟方俊(1996.8一)，男.汉.山西人.本科.研究方向：光电信息科学与工程， 通讯作者：许吉(1983,8一1，女，汉，江苏南京人，博土，副牧授，从事微纳光子学领域研究，尼-mail:xui@njupt.edu,cm。 科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION 1994-2018 China Academic Joumal Electronic Publishing House.All rights reserved. http://www.cnki.ne
SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION7 2017 NO.20 科技资讯 科 技 前 沿 科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 1 1 双曲超材料及石墨烯简介 超材料是一种人工微结构材料,是由亚波长尺度的结构单元 构建的一种特殊结构,通过对结构单元的材料和厚度的调节来达 到控制电磁波传输的目的,从而可以实现自然界中的材料所不具 有的特性。具有双曲色散关系的双曲超材料(Hyperbolic Metamaterials, HMMs)是超材料中的一种,也称为不确定介电 媒质(Indefinite permittivity media,IPMs),该媒质的的电磁特 性可以通过介电常数张量 ˆ 及磁导率张量 ˆ 来进行描述。由于 双曲超材料所具有的独特的双曲色散关系,使其表现出一系列新 的光学现象,在隐身、光波导、成像、超透镜、聚焦、热传输、和负折 射等方面具有潜在的实用价值。 1.1 双曲超材料 双曲超材料是一种具有双曲色散关系的强各向异性超材料, 它的光学性质可以用归一化的等效介电常数张量ˆ 和等效磁导 率张量ˆ 来表示,沿着光轴方向的张量分量值和垂直于光轴方向 的张量分量值的正负号相反,即 或 ;归一化 的等效介电常数张量ˆ 和等效磁导率张量 ˆ 的形式为: (1) 式(1)中的 和 分别代表平行于光轴的分量和垂直于光轴 ①基金项目:南京邮电大学大学生创新训练计划(批准号:XYB2016092)。 作者简介:谭朝幻(1996,7—),男,汉,重庆人,本科,研究方向:光电信息科学与工程。 王昊月(1996,9—),女,汉,内蒙古人,本科,研究方向:光电信息科学与工程。 孟方俊(1996,8—),男,汉,山西人,本科,研究方向:光电信息科学与工程。 通讯作者:许吉(1983,8—),女,汉,江苏南京人,博士,副教授,从事微纳光子学领域研究,E-mail:xuji@njupt.edu.cn。 DOI:10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.20.001 石墨烯双曲超材料光学特性的研究进展① 谭朝幻 王昊月 孟方俊 王胜明 许吉* (南京邮电大学光电工程学院 江苏南京 210023) 摘 要:双曲超材料因其所拥有的奇异特性具有非常大的应用前景,其中金属材料构成的双曲超材料是近年来的一个研究热 点,而用石墨烯代替金属构成的石墨烯-电介质超材料可以通过对入射电磁波频率和化学势的调节来实现双曲色散特性,其相 比于金属-电介质双曲超材料和金属纳米线双曲超材料,具有更小的传输损耗、更小的结构体积并且更易于光电集成。该文 对石墨烯-电介质双曲超材料在可见光、红外以及太赫兹等几个波段的光学特性学术工作展开调研,首先介绍石墨烯和双曲超 材料的相关基础知识,进而针对石墨烯双曲超材料的介电常数、磁导率和折射率几个方面的调控机制来实现对光子行为的调控 目的进行阐述,并介绍了相关应用。 关键词:石墨烯 双曲超材料 光学特性 中图分类号:TQ127.11 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2017)07(b)-0001-04 图1 双曲超材料的等频双曲线
科技资讯是 科技前沿 Elliptical Hyperbolic 2000 3000 4000 wavelength(nm) Wavelength (um) 图21000-5000m波段下的等效介电常数图 4 等效介电常数呈现从树圆到双曲线的光学拓扑转变 a网 Wavelength(um) 图3石墨烯复合多层双曲超材料的拓扑结构 图5石墨烯HMM和金属光栅中的反射和吸收图 的分量。当磁导率μ=1时，介电常数是各向异性的，此时当入射电 密度和费米能级可以通过彻极电压即静电掺杂来控制，因此石墨 磁波为TM偏振态时，双曲超材料如图1所示， 烯的相关光学性质是由加在石墨烯上的栅极电压所决定的，有关 当入射光须率小于金属的等离子体频率时，金属中的自由电 石墨烯电导率的计算可以用随机相位近似法RPA)来表征： 子的极化响应是与电场方向相反的，所以金属介电常数的实部为 负值，只需要使其一一个成两个主轴方向的介电常数张量为负值」 o=o岳】}云 便可实现材料的双由色散关系。目前双曲超材料的构成方式主罗 有两 种是由金属一电介质交排列的多 的种类和占空比来实现双曲色敢关系：另一种是将金属纳米 线镶嵌在电介质中，通过对纳米线半径大小的调节和排列方式的 其中k为玻尔品常量。T为密温，T为夜时间，E为 设计来实现双曲色散关系金属一电介质多层膜结构相比于纳米 费米能级。其取决干石墨运电我流子浓度.在我们的计算中载 线阵列结构更简单，更易于制备，在中红外和TH2波段可以利用石 体驰豫时间是经过实验中使用的石墨烯样品的传输测量来信 墨烯与电介质的交替排列组成双曲超材料.用石墨烯代替金属构 十的.方程的第一项是内部变换，第二项称为带间转换.石墨桥 成的石墨烯一电介质超材料可以通过对人射电磁波频率和化学势 等效介电常数的公式为： 的世节实现曲色影 性，其相比于金属一电介质双曲超材料 6=l+oo-g iG. 和金属纳米线双曲超材料 小的传输 (3) 具有更 耗、更小的结构 并且更易于光电集成，该文主要讨论的是多层模结构双超材 其中。，为石墨烯电导率，为电介质的厚度， ∫=1/化。+七)是石墨烯的占空比，其中(，是石墨烯的厚度。 1.2石墨烯的光学参数 则等效介电常数的垂直分量公式为： 石墨烯的参数主要由其面电导率来表征，石墨烯中的载流子 6=f6+0-)e (4) 科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION 18 China Academic Joural Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.enki.net
科技资讯 2017 NO.20 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 科 技 前 沿 2 科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 的分量。当磁导率μ=1时,介电常数是各向异性的,此时当入射电 磁波为TM偏振态时,双曲超材料如图1所示。 当入射光频率小于金属的等离子体频率时,金属中的自由电 子的极化响应是与电场方向相反的,所以金属介电常数的实部为 负值。只需要使其一个或两个主轴方向的介电常数张量为负值, 便可实现材料的双曲色散关系。目前双曲超材料的构成方式主要 有两种:一种是由金属-电介质交替排列的多层膜结构,通过调整 金属的种类和占空比来实现双曲色散关系;另一种是将金属纳米 线镶嵌在电介质中,通过对纳米线半径大小的调节和排列方式的 设计来实现双曲色散关系。金属-电介质多层膜结构相比于纳米 线阵列结构更简单,更易于制备,在中红外和THz波段可以利用石 墨烯与电介质的交替排列组成双曲超材料。用石墨烯代替金属构 成的石墨烯-电介质超材料可以通过对入射电磁波频率和化学势 的调节来实现双曲色散特性,其相比于金属-电介质双曲超材料 和金属纳米线双曲超材料具有更小的传输损耗、更小的结构体积 并且更易于光电集成。该文主要讨论的是多层膜结构双曲超材 料。 1.2 石墨烯的光学参数 石墨烯的参数主要由其面电导率来表征,石墨烯中的载流子 密度和费米能级可以通过栅极电压即静电掺杂来控制,因此石墨 烯的相关光学性质是由加在石墨烯上的栅极电压所决定的。有关 石墨烯电导率的计算可以用随机相位近似法(RPA)来表征[1]: 2 1 2 ln 2cosh 2 4 B F s B i ekT E e i k T . 2 2 2 1 1 2 ( 2) arctan ln 2 2 2 ( 2 ) 4( ) F F B FB E E i kT E kT (2) 其中 B k 为玻尔兹曼常量;T 为室温; 为弛豫时间; EF 为 费米能级,其取决于石墨烯电荷载流子浓度。在我们的计算中,载 体弛豫时间 是经过实验中使用的石墨烯样品的传输测量来估 计的。方程的第一项是内部变换,第二项称为带间转换[2]。石墨烯 等效介电常数的公式为: 0 =1 ( ) s d i t （3） 其 中 s 为石墨烯电导率; dt 为电介质的厚度, /( ) g gd ft t t 是石墨烯的占空比,其中 gt 是石墨烯的厚度。 则等效介电常数的垂直分量公式为: (1 ) d f f （4） 图2 1000～5000 nm波段下的等效介电常数图 图3 石墨烯复合多层双曲超材料的拓扑结构 图4 等效介电常数,呈现从椭圆到双曲线的光学拓扑转变 图 5 石墨烯 HMM和金属光栅中的反射和吸收图
科技前沿 CEE TEOWOLOOY黑a品器科技资讯 和红外区域中可以实现由石墨烯的化学势有效地控制的可调谐 应用。 2015年，Chang Y,C,等人通过实验研究了石景烯和Al.O 层的多层交梦结构圳他门采用了化学气相沉积法得到石墨烯，通 过惨杂的方法来提高层电导率，结果表明，这种惨杂的化学气相 沉积的石墨括在中红外带围内的确且有息好的光学性能其色 t (b) 关系在波长为4.5 m处发生了从椭圆到 4所示，这与这与K。V.Sanh等人描这 情况相符。 2,2石墨烯双曲超材料实现负折射 2013年，K.V.Sreekanth等对石墨烯双曲超材料在太体兹 波段的负折射现象讲行了数值研州发现石愚绿双扁超材料的 双曲色散关系可以通过调整化学势和电介质层的厚度而改变，而 在波长改变时，其色散关系会从椭圆向双曲分布转变这种转变 存在一临界频率，他们在远低于这个临界频率的斜入射情况下 40 察到了正，负相位的折射率。并且在负折射区城内，还观亲到高 .5 1.55 1.70 限制的大量等离激元模式，这进一步证明了石墨烯双曲超材料存 在负折射现象。石墨烯双曲超材料可能应用在超透镜的设计上 图6 红外频率波段对石 超材 和各向同性介质之间 使其具有更小的损耗突破更高的衍射极限，实现更精细的光场 的布洛赫表面波分 因挖。 笔效介电常数的水平分量公式为 2.3石墨烯双曲招材料实现超吸数 2013年M0 hamed 6= A.K.Othman等人在远红外频段对石 f,+1-f). 墨烯双曲超材料进行了研究，他们使用 墨烯表面电导 其中，石墨烯厚度 ,T为室温300K,介质层 将石墨烯片作为具有复杂导纳的集体层来处写 得到了多层结 氟化硅的介电常数6=1.442，化学势E=0.9eV,取周期数 的均化公式，并用传输矩阵法比较来研究均化的结构和极限。通 N=100,运用Matlab软件编程计算得到等效介电常数。s,与 过静电偏置改变石墨烯层的化学势来实现反射和透射性的可调 E。虚部都较小可以忽略，在大于2000m左右的波长范围内 并提出用石墨烯双曲超材料作为表面近场的超级吸媒质。 实现了6，·6，<0 2015年，Chang Y,C第人进行数值估直.1设法用金星光把 图2中1000-5000nm波段下的等效介电常数（其中ec为等效 将光从自由空问锅合到石墨烯HMs中网结果表明，光可以右效 介电常数的垂直分量G1:p为等效介电常数的水平分量61) 于超 为发明 石墨烯双曲超材料研究新进展 图5图中分别为石墨烯HMM和金属光棚中的反射和吸收，其 2.1石墨烯双曲超材料的宽波段可调性 中实钱代表12个周期的石墨烯-电介质HMMs,虚线代表等效介 2013年Mohamed A.K.0 thman等人介绍了一种如图3所 质近似的多层均匀介质叫， 示的石墨烯复合多层结构网，即石墨插一电介质多层模结构，该结 2,4石墨烯双曲招材料实现的其他光子遇控效应 构在太赫兹和中红外频率处呈现双曲型色散关系。他们使用简单 在光开关，在储器件和量子光学等领域，慢光一直是热点课 的均质方案计算出了多层的有效介电常数张量，此外，还采用在 题.2014年.Savem A.A.等人从理论上提出了某于石墨烯双曲 洛祛理论分析了双曲超材料内的传播樟式的色散关系，并证明了 超计料的太滋段的可调樱光件利用石塔的可调，他 均匀化方案在所讨论的宽顿带 与布洛赫理 致性 门所提出的器件也是可调的，为石墨烯双超材料在光子开关 d A.K. 心学缓神器和存储设备等方面的应用提供了 ·个新的方向 红外频率下引入了可调石墨烯HMMs.与自由空间相比，HMM 2015年，陈拓等人研究了基于石墨场的一些光子学器件，包 表现出的等顿双曲色散性质允许波在广泛的空问顾谱中传播，使 太赫兹的宽带吸波器，圆偏报的分光器以及磁光克尔效应增强器 本征局域态密度大幅度提高，这可以应用于近场的超吸收和对分 件等。他们提出了一种由石墨罐一介质层堆栈而成的类金字塔 子辐射衰变本的精确控制.由此，他们所提出的HMMs在太赫拉 结太棒数吸波材料，这种亚波长周期结构的器件能够对不同的厕 科技资讯 TECHNOLOGY INFORMATION 994-2018 China Academic Joural Publishing Hous All rights reserved. http://www.cnki.ne
SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION7 2017 NO.20 科技资讯 科 技 前 沿 科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 3 等效介电常数的水平分量公式为: （5） 其中,石墨烯厚度 gt 0.335 nm,T 为室温300 K,介质层二 氧化硅的介电常数 2 =1.44 d ,化学势 EF =0.9 eV,取周期数 N=100 ,运用Matlab软件编程计算得到等效介电常数。 与 虚部都较小可以忽略,在大于2 000 nm 左右的波长范围内, 实现了 。 图2中1 000～5000 nm波段下的等效介电常数(其中ec为等效 介电常数的垂直分量 ;ep为等效介电常数的水平分量 ) 2 石墨烯双曲超材料研究新进展 2.1 石墨烯双曲超材料的宽波段可调性 2013年Mohamed A. K. Othman等人介绍了一种如图3所 示的石墨烯复合多层结构 [3],即石墨烯-电介质多层膜结构,该结 构在太赫兹和中红外频率处呈现双曲型色散关系。他们使用简单 的均质方案计算出了多层的有效介电常数张量。此外,还采用布 洛赫理论分析了双曲超材料内的传播模式的色散关系,并证明了 均匀化方案在所讨论的宽频带中与布洛赫理论的一致性。 同年,Mohamed A. K. Othman等人又在远红外频率和中 红外频率下引入了可调石墨烯HMMs。与自由空间相比,HMMs 表现出的等频双曲色散性质允许波在广泛的空间频谱中传播,使 本征局域态密度大幅度提高,这可以应用于近场的超吸收和对分 子辐射衰变率的精确控制[4]。由此,他们所提出的HMMs在太赫兹 和红外区域中可以实现由石墨烯的化学势有效地控制的可调谐 应用。 2015年,Chang Y. C.等人通过实验研究了石墨烯和Al2 O3 层的多层交替结构[5]。他们采用了化学气相沉积法得到石墨烯,通 过掺杂的方法来提高层电导率,结果表明,这种掺杂的化学气相 沉积的石墨烯在中红外范围内的确具有良好的光学性能。其色散 关系在波长为4.5μm处发生了从椭圆到双曲线的光学拓扑转变 如图4所示,这与这与K. V. Sreekanth等人描述的临界频率的 情况相符。 2.2 石墨烯双曲超材料实现负折射 2013年,K. V. Sreekanth等对石墨烯双曲超材料在太赫兹 波段的负折射现象进行了数值研究[6],发现石墨烯双曲超材料的 双曲色散关系可以通过调整化学势和电介质层的厚度而改变,而 在波长改变时,其色散关系会从椭圆向双曲分布转变。这种转变 存在一临界频率,他们在远低于这个临界频率的斜入射情况下观 察到了正、负相位的折射率。并且在负折射区域内,还观察到高度 限制的大量等离激元模式,这进一步证明了石墨烯双曲超材料存 在负折射现象。石墨烯双曲超材料可能应用在超透镜的设计上, 使其具有更小的损耗、突破更高的衍射极限、实现更精细的光场 调控。 2.3 石墨烯双曲超材料实现超吸收 2013年Mohamed A. K. Othman等人在远红外频段对石 墨烯双曲超材料进行了研究[7]。他们使用石墨烯表面电导率模型, 将石墨烯片作为具有复杂导纳的集体层来处理,得到了多层结构 的均化公式,并用传输矩阵法比较来研究均化的结构和极限。通 过静电偏置改变石墨烯层的化学势来实现反射和透射性的可调, 并提出用石墨烯双曲超材料作为表面近场的超级吸媒质。 2015年,Chang Y. C.等人进行数值仿真,设法用金属光栅 将光从自由空间耦合到石墨烯HMMs中[8]。结果表明,光可以有效 地耦合到HMM板中的高k导模中,并被石墨烯层吸收,这一发现 可以有效应用于超薄超吸收体的发明研究中。 图5图中分别为石墨烯HMM和金属光栅中的反射和吸收,其 中实线代表12个周期的石墨烯-电介质HMMs,虚线代表等效介 质近似的多层均匀介质[8]。 2.4 石墨烯双曲超材料实现的其他光子调控效应 在光开关、存储器件和量子光学等领域,慢光一直是热点课 题。2014年,Sayem A. A.等人从理论上提出了基于石墨烯双曲 超材料的太赫兹波段的可调慢光器件[9]。利用石墨烯的可调性,他 们所提出的器件也是可调的,为石墨烯双曲超材料在光子开关、 光学缓冲器和存储设备等方面的应用提供了一个新的方向。 2015年,陈拓等人研究了基于石墨烯的一些光子学器件,包括 太赫兹的宽带吸波器、圆偏振的分光器以及磁光克尔效应增强器 件等[10]。他们提出了一种由石墨烯-介质层堆栈而成的类金字塔 结太赫兹吸波材料,这种亚波长周期结构的器件能够对不同的圆 图6 红外频率波段对石墨烯双曲超材料和各向同性介质之间 的布洛赫表面波分析图
科技资讯221 EL 科技前沿 偏振光进行有效的控制， and their applications[J].Progress in Quantum Electronics. 2014年Yuanjiang Xiang等人提出了一种在近红外频率波 2015(40).1-40. 段对石墨烯双曲超材料和各向同性介质之间的布洛赫表面波进 [3]Othman M A K,Guclu C,Capolino F.Graphene-based 行了研究，通过静电偏置，表面布洛赫波存在的频率和频率范 hyperbolic metamateriallA].IEEE International Sympo- 围可由石墨烯片层的不同费米能级来实现调节。通过诚小石墨 sium on Antennas and Propagation&Usnc/ursi Na- 烯一电介质层状结构中的电介质的厚度或增加石墨烯片的层数， tional Radio Science Meeting.IEEE[C].2013:484-485. 表面布洛赫波存在的频率范围可以扩大.在近红外和可见光波段 [4]Othman M A K.Guclu C,Capolino F.Graphene-based 计算了亚波长极限内入射光的偏振态s和即极化的石墨烯-电介质 Hyperbolic Metamaterial at Terahertz Frequencies(Z]. 层结构的色散关系。 0SA,2013. 图6中(a)b(c)分别为费米能级Ep,电介质的厚度1，和石墨 [5]Chang Y C,Liu C H.Liu C H.et al.Realization of 烯层数N对E实部的影响：其中灰色曲线在(abc)中分别代表 mid-infrared graphene hyperbolic metamaterials(J].Na- N=1、,=10nm,N=1、Ee=0.50eV,t=10nm. ture Communications,2016(7):10568. Ep=0.50e时自由空间中的光波。 6]Sreekanth K V.De Luca A.Strangi G.Negative refrac- tion in graphene-based hyperbolic metamaterials[J] 3结语 Applied Physics Letters,2013,103(2):509. 目前关于石墨烯一电介质双曲超材料的研究多是集中在中红 [7]Othman M A,Guclu C,Capolino F.Graphene-based 外到太赫兹波段的电磁波的传输行为，如通过对化学势的调节可 tunable hyperbolic metamaterials and enhanced near- 能出现负折射或正折射现象，对于可见光波段以及近红外波段的 field absorption.[J].Optics Express,2013.21(6):7614-7632. 光学特性的研究较少，石墨烯双曲超材料在器件等方面的潜在应 [8]Chang Y C,Liu C H,Liu C H,et al.Mid-infrared 用还未被研究，这些都值得我们更加深入全面的探素，石墨烯双 hyperbolic metamaterial based on graphene-dielectric 曲超材料是一个种新兴的材料，其特殊的光电特性可以解决传统 multilayers[A].Lasers and Electro-Optics.IEEE[C].2015 材料和技术所不能解决的问题，相信在不久的将来，我们就能看 1-2. 到石墨烯双曲超材料实际应用于生产生活中，实现从技术向产 [9]Sayem AA,Mahdy M R C.Hasan D N.et al.Tunable 业的跨越。 slow light with graphene based hyperbolic metamaterial [A1.Icece(c1.2014:230-233. 参考文献 [10陈拓.基于石墨烯的光子学器件的研究D1.浙江大学，2015 [1]Yao Y.Kats M A,Genevet P,et al.Broad electrical tun- [11]Xiang Y,Guo J.Dai X,et al.Engineered surface Bloch ing of graphene-loaded plasmonic antennas[J].Nano waves in graphene-based hyperbolic metamaterialsJ]. Letters,.2013,13(3):1257 0 ptics Express,2014,22(3:3054. [2]Ferrari L.Wu C.Lepage D.et al.Hyperbolic metamaterials 《中外医疗》投稿说明 1,稿件应具有科学性、先进性和实用性，论点明确、数据准确、逻辑严谨、文字通顺。 2.计量单位以国家法定计量单位为准：统计学符号按国家标谁《统计学名词及符号》的规定书写 3.所有文章标题字数在20字以内。 4,参考文献应引自正式出版物，在稿件的正文中依其出现的先后顺序用阿拉伯数字加方括号在段末上角标出， 5.参考文献按引用的先后顺序列于文末。 6.正确使用标点符号，表格设计要合理，推荐使用三线表 7,图片要清晰，注明图号。 4科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION ?1994-2018 China Academic Journal Electronie Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
科技资讯 2017 NO.20 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 科 技 前 沿 4 科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 1 .稿件应具有科学性、先进性和实用性，论点明确、数据准确、逻辑严谨、文字通顺。 2 . 计量单位以国家法定计量单位为准；统计学符号按国家标准《统计学名词及符号》的规定书写。 3.所有文章标题字数在 20 字以内。 4 .参考文献应引自正式出版物，在稿件的正文中依其出现的先后顺序用阿拉伯数字加方括号在段末上角标出。 5 .参考文献按引用的先后顺序列于文末。 6 .正确使用标点符号，表格设计要合理，推荐使用三线表。 7 .图片要清晰，注明图号。 《中外医疗》投稿说明 偏振光进行有效的控制。 2014年Yuanjiang Xiang等人提出了一种在近红外频率波 段对石墨烯双曲超材料和各向同性介质之间的布洛赫表面波进 行了研究[11]。通过静电偏置,表面布洛赫波存在的频率和频率范 围可由石墨烯片层的不同费米能级来实现调节。通过减小石墨 烯-电介质层状结构中的电介质的厚度或增加石墨烯片的层数, 表面布洛赫波存在的频率范围可以扩大。在近红外和可见光波段 计算了亚波长极限内入射光的偏振态s和p极化的石墨烯-电介质 层结构的色散关系。 图6中(a)(b)(c)分别为费米能级 EF ,电介质的厚度 dt 和石墨 烯层数 N 对 实部的影响;其中灰色曲线在(a)(b)(c)中分别代表 N 1 、 10 dt nm , N 1 、 0.50 EF e V , 10 dt n m 、 0.50 EF eV时自由空间中的光波[11]。 3 结语 目前关于石墨烯-电介质双曲超材料的研究多是集中在中红 外到太赫兹波段的电磁波的传输行为,如通过对化学势的调节可 能出现负折射或正折射现象,对于可见光波段以及近红外波段的 光学特性的研究较少,石墨烯双曲超材料在器件等方面的潜在应 用还未被研究,这些都值得我们更加深入全面的探索。石墨烯双 曲超材料是一个种新兴的材料,其特殊的光电特性可以解决传统 材料和技术所不能解决的问题, 相信在不久的将来,我们就能看 到石墨烯双曲超材料实际应用于生产生活中, 实现从技术向产 业的跨越。 参考文献 [1] Yao Y,Kats M A,Genevet P,et al.Broad electrical tuning of graphene-loaded plasmonic antennas[J].Nano Letters,2013,13(3):1257. [2] Ferrari L,Wu C,Lepage D,et al.Hyperbolic metamaterials and their applications[J].Progress in Quantum Electronics, 2015(40):1-40. [3] Othman M A K,Guclu C,Capolino F.Graphene-based hyperbolic metamaterial[A].IEEE International Symposium on Antennas and Propagation & Usnc/ursi National Radio Science Meeting.IEEE[C].2013:484-485. [4] Othman M A K,Guclu C,Capolino F.Graphene-based Hyperbolic Metamaterial at Terahertz Frequencies[Z]. OSA,2013. [5] Chang Y C,Liu C H,Liu C H,et al.Realization of mid-infrared graphene hyperbolic metamaterials[J].Nature Communications,2016(7):10568. [6] Sreekanth K V,De Luca A,Strangi G.Negative refraction in graphene-based hyperbolic metamaterials[J]. Applied Physics Letters,2013,103(2):509. [7] Othman M A,Guclu C,Capolino F.Graphene-based tunable hyperbolic metamaterials and enhanced nearfield absorption.[J].Optics Express,2013,21(6):7614-7632. [8] Chang Y C,Liu C H,Liu C H,et al.Mid-infrared hyperbolic metamaterial based on graphene-dielectric multilayers[A].Lasers and Electro-Optics. IEEE[C].2015: 1-2. [9] Sayem A A, Mahdy M R C,Hasan D N,et al. Tunable slow light with graphene based hyperbolic metamaterial [A].Icece[C].2014:230-233. [10]陈拓.基于石墨烯的光子学器件的研究[D].浙江大学,2015. [11]Xiang Y,Guo J,Dai X,et al.Engineered surface Bloch waves in graphene-based hyperbolic metamaterials[J]. Optics Express,2014,22(3):3054