张　雷,王　卫,张　红

(四川大学物理科学与技术学院,成都 610065)

基于金属-介质纳米结构磁激元效应的石墨烯增强吸收研究

张雷,王卫*,张红*

(四川大学物理科学与技术学院,成都 610065)

摘要:石墨烯作为一种单层碳原子厚度的二维材料,其在可见光和近红外波段的吸收率只有2.3%。这大大限制了其在太阳能电池、光电探测等领域的应用。本文提出一种金属介质组成的周期纳米结构,利用纳米结构中激发的磁激元共振(Magentic Polaritons,“MP”)效应,实现了石墨烯在近红外波段的吸收增强。利用有限元法的理论仿真,系统研究了纳米结构参数对石墨烯吸收特性的影响。结果表明,在特定结构参数下,能使石墨烯的吸收率增大16倍左右。利用Inductor-Capacitor(LC)电路模型成功解释了石墨烯的吸收增强的物理机制,预测了复合系统的磁激元共振峰波长,发现石墨烯的存在不影响磁激元共振峰的位置。文中提出的纳米结构在加工上易于实现,研究结果将在基于石墨烯的新型光电子器件的设计和实现方面有潜在应用价值。

关键词：石墨烯;金属介质纳米结构;磁激元共振;吸收增强

1引言

石墨烯,作为厚度仅为0.34 nm左右单层碳原子组成的二维蜂窝状结构,其独特的电学和光学特性使其成为诸多领域研究的热点[1-3]。石墨烯的其中一个突出特点是在光频段和近红外波段对电磁波的响应比较弱,其吸收率只有大约2.3%左右,即石墨烯对于电磁波几乎是透明的[4]。这对于石墨烯在液晶显示和发光二极管的应用方面具有很大的优势[5-6]。……