JPCM编辑优选:有源人工表面等离激元:从设计到应用

21 3月 2023 gabriels
本篇研究来自东南大学毫米波全国重点实验室崔铁军和张婧婧课题组。本文回顾了有源人工表面等离激元器件与系统的最新进展,介绍了集成变容二极管、有源芯片、石墨烯等不同方法构建的有源人工等离激元器件的理论分析及设计方法,并回顾了近年来有源人工表面等离激元在构造可重构滤波器、高分辨率生物传感器、衰减器、功分器、漏波天线、可编程与多功能器件、非线性器件以及数字调制器等方面的应用。


文章介绍

Active spoof plasmonics: from design to applications

Yi Ren(任意), Jingjing Zhang(张婧婧), Xinxin Gao(高欣欣), Xin Zheng(郑馨), Xinyu Liu(刘心语) and Tie Jun Cu(崔铁军)

通讯作者:

  • 张婧婧,东南大学毫米波全国重点实验室
  • 崔铁军,东南大学毫米波全国重点实验室

 

本文回顾了有源人工表面等离激元器件与系统的最新进展,介绍了集成变容二极管、有源芯片、石墨烯等不同方法构建的有源人工等离激元器件的理论分析及设计方法,并回顾了近年来有源人工表面等离激元在构造可重构滤波器、高分辨率生物传感器、衰减器、功分器、漏波天线、可编程与多功能器件、非线性器件以及数字调制器等方面的应用。

有源人工表面等离激元的研究有望在发挥人工表面等离激元器件小型化、集成化优势的基础上,为实现现代的通信系统中多频率、多模式,以及实时调控的需求提供新的思路。目前,得益于成熟的印刷电路板技术,有源等离激元器件在微波频段的应用已得到了广泛的验证。如何在毫米波及太赫兹频段实现片上集成的有源人工表面等离激元器件将是未来值得探索的方向。

 

研究背景:

人工表面等离激元基于超材料的原理,通过在金属表面上合理构造亚波长的人工周期结构,在微波及太赫兹波段模拟出光波段表面的色散特性等物理特征,从而使表面等离激元器件的紧凑型、亚波长尺度的局部场增强效应等优良特性得以在低频段实现。由于人工表面等离激元的色散特性可以通过调节单元结构的特征尺寸来灵活调控,这就为器件的设计带来了更大的灵活性。2013年,崔铁军院士课题组及其合作者于提出了超薄可共形人工表面等离激元结构。这种结构能够使电磁场在两个正交方向呈现高度束缚的状态,可以在宽带的范围内以很低的损耗在弯曲的传播方向上传输人工表面等离激元模式。该研究有望为高度集成化的通信系统中的临间串扰和信号完整性问题提供解决方案,为人工表面等离激元在集成电路及通信系统中的应用铺平了道路。目前,支持人工表面等离激元信号传输并能对其进行动态调控的有源器件、可重构器件和非线性器件已成为表面等离激元超材料领域的主要研究方向之一。


作者介绍

张婧婧  教授

东南大学

  • 张婧婧,东南大学信息科学与工程学院青年首席教授,国家级高层次青年人才。分别于2004及2009年在浙江大学取得学士及博士学位。博士毕业后先后在丹麦科技大学、英国伦敦国王学院、新加坡南洋理工大学从事科研及教学工作。主要从事电磁超材料、表面等离激元等方向的研究。曾获得丹麦杰出青年学者奖、牛顿国际学者奖、奥斯特奖等。
 

崔铁军  教授

东南大学

  • 崔铁军,中国科学院院士,东南大学首席教授,IEEE Fellow,长期从事电磁超材料和计算电磁学研究。1993年获西安电子科技大学博士学位,1995-2002年先后任职德国洪堡学者、美国UIUC博士后和研究科学家。2001年受聘东南大学长江学者特聘教授;2002年获得国家杰出青年科学基金。2014年创建信息超材料新体系。发表学术论文600余篇,被引用53000余次、H因子116。研究成果入选2010年中国科学十大进展、2016年中国光学重要成果、2021年度中国高等学校十大科技进展;获2011年教育部自然科学一等奖、2014年国家自然科学二等奖、2018年国家自然科学二等奖。

期刊介绍

Journal of Physics: Condensed Matter

  • 2021年影响因子:2.745  Citescore: 4.3
  • Journal of Physics: Condensed Matter (JPCM)为读者提供凝聚态物理、软物质、纳米科学和生物物理各领域的最新研究成果。JPCM发表实验/理论分析和模拟研究,读者可以获取涉及下列领域的专题综述、快报和特刊:表面、界面和原子尺度的科学,液体、软物质和生物物理,纳米材料和纳米电子,固体结构的晶格动力,电子结构,超导体和金属、半导体,电介质和铁电,以及磁学与磁性材料。