碳纳米管、石墨烯超材料太赫兹波段偏振与调制特性及器件研究

基本信息
批准号:61275105
项目类别:面上项目
资助金额:86.00
负责人:任兆玉
学科分类:
依托单位:西北大学
批准年份:2012
结题年份:2016
起止时间:2013-01-01 - 2016-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:李渭龙,田潞,王刚,周译玄,余宝智,祁媚,张玉萍,李世龙,李家源
关键词:
太赫兹时域光谱石墨烯碳纳米管偏振与调制超材料
结项摘要

New type of terahertz sources, detectors and other functional devices are the fundamental components for terahertz technique, which is confirmed as the key research topic in 2013 national 973 project in the field of information science. This proposal focus on the original function devices, such as polarizers and modulators in terahertz region based on new type of materials, which are carbon nanotubes and graphene with the specific characteristics. For example, carbon nanotubes have excellent anisotropic absorption and line grid structure, which are born for the grid polarizer, while graphene with many new features, such as super-fast, broadband, and tunable electronic response, is promising for the new star optoelectrical materials. The concept from metamaterials can be used to design and tailor new physical properties for graphene, which are expected for the polarizers and modulators used in terahertz region. This project aims at the understanding of the electromagnetic response of carbon nanotubes, graphene and graphene metamaterials with terahertz wave and the mechanism of terahertz polarizer and modulator based on these functional materials. Teraherz time-domain spectroscopy is employed to analyze the anisotropic parameters based on amplitude and phase information from terahertz pulse wave. The design principle and the tunability of the devices will be further investigation. The results generated from this study will not only have an significant innovation for deeper understand the intrinsic properties of carbon nanomaterials in terahertz region theoretically, but also have a fundamental support for the new type of terahertz polarizer and modulator technologically.

"新型太赫兹源、接收器件和其它关键功能器件"被国家"973计划"信息科学领域列为2013年重点研究课题。本项目瞄准具有重要应用前景的太赫兹偏振器和调制器,探索新材料的应用及原创性功能器件的制备。碳纳米管具有优异的各向异性吸收和天然的线栅结构;石墨烯具有超快、宽带、可调谐的电子响应,尤其在引入超材料(metamaterials)的理念后,具有更多的可设计性和新颖的物理性能,有望发展成新的太赫兹偏振、调制器件。项目采用太赫兹时域光谱技术,对碳纳米管、石墨烯以及石墨烯超材料在太赫兹波段的电磁响应特性和机理进行研究,发展基于碳纳米管、石墨烯及超材料的太赫兹波功能材料,用于偏振及电磁响应调制。通过设计一定结构的功能器件以实现对太赫兹波振幅、相位等参数的调控。这一研究,从理论上可加深对碳纳米材料在太赫兹波段性质的认识,从应用上为新型太赫兹偏振和调制器件提供技术支持,具有创新性、科学意义和实际应用价值。

项目摘要

“新型太赫兹源、接收器件和其它关键功能器件”被国家“973计划”信息科学领域列为2013年重点研究课题。本项目瞄准具有重要应用前景的太赫兹偏振器和调制器,探索新材料的应用及原创性功能器件。碳纳米管具有优异的各向异性吸收和天然的线栅结构;石墨烯具有超快、宽带、可调谐的电子响应,尤其在引入超材料(metamaterials)的理念后,具有更多的可设计性和新颖的物理性能,有望发展成新的太赫兹偏振、调制器件。项目计划研究内容为,采用太赫兹时域光谱技术,对碳纳米管、石墨烯以及石墨烯超材料的太赫兹波段电磁响应特性和机理开展研究,发展基于碳纳米管、石墨烯及超材料的太赫兹波功能材料,用于偏振及电磁响应调制。通过设计一定结构的功能器件以实现对太赫兹波各向异性振幅、相位等参数的调控。在本项目4年支持下和课题组通力协作,已取得了一系列重要成果:1、利用太赫兹时域光谱技术研究了CVD法制备的石墨烯、氮掺杂石墨烯、还原氧化石墨烯的太赫兹静态响应特性与材料参数的关系,并对物理机理进行了研究;2、研究了石墨烯超材料的太赫兹响应现象并对机理进行了阐明;3、设计了石墨烯太赫兹波电、磁调制器与隔离器,并进行了理论模拟;4、首次提出并实现了基于石墨烯的太赫兹波减反射器件;5、对碳纳米管、碳纳米管复合材料的各项异性太赫兹响应现象进行了深入阐明。上述研究成果发表在Nanoscale、Carbon、JMCC、APL、JPCC等高水平国际学术期刊上,共发表SCI论文26篇,授权、受理国家发明专利7项,取得了较高的国内外学术影响力。项目的研究工作,从理论上加深了对碳纳米材料在太赫兹波段性质的认识,从应用上为新型太赫兹偏振和调制器件提供技术支持,推进了太赫兹波段碳基调控器件的发展进程,具有创新性、科学意义和实际应用价值。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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