清华大学《ACS Nano》：具有波长和偏振选择性的单片超材料集成石墨烯太赫兹光电探测器

1成果简介 

太赫兹波的频谱和偏振态可以传达有关物理相互作用和材料特性的重要信息。用于有效捕获这些量的紧凑和小型化片上平台正在被广泛研究，因为它们在太赫兹技术的重要应用（如原位传感和表征）方面具有巨大潜力。本文，清华大学Ziran Zhao等研究人员在《ACS Nano》期刊发表名为“Monolithic Metamaterial-Integrated Graphene Terahertz Photodetector with Wavelength and Polarization Selectivity”的论文，研究提出了一种超材料——石墨烯混合器件，将光电探测、波长和偏振选择性的功能集成到一个单片架构中。

利用超材料光学特性的超高设计自由度和电控热载流子辅助光热电效应石墨烯，该检测器在两个具有正交偏振的特定目标波长处显示出共振增强的光响应。作者展示了它在没有先进光学元件的单芯片平台上进行光谱选择性和偏振分辨成像的多功能能力。该方法有利于多功能、紧凑和低成本的太赫兹传感器的未来发展。

2图文导读  

图1 、单片超材料集成石墨烯太赫兹光电探测器

图2. PTE 主导光响应的证据

图3. 光响应性能表征。

图4. 双色成像实验。

图5.偏振敏感成像实验

3小结 

总之，本文提出了一种 PTE 类型石墨烯太赫兹光电探测器由 MM 同时进行光学增强和电子调谐，具有零偏置工作、低噪声、快速响应速度、可定制的多谐振波长、高偏振灵敏度和单片集成等优点。MM共振和微腔共振的结合使吸收率接近统一以增强太赫兹波-石墨烯在所需的离散波长与正交偏振的相互作用，由几何参数和偏振对称性破坏方面的 MM 设计灵活性介导。与其他 MM 增强型相比石墨烯探测器中，该设备中的 MM 发挥场定位和静电掺杂的双重作用，以促进热载流子激发和传输，从而实现高效的 PTE 转换石墨烯FET 通道，这是太赫兹范围面临的特殊挑战。由于其波长和偏振选择性，还成功地展示了双色和偏振成像，以在空间上解析样品的成分信息和偏振响应。由于MM和石墨烯与半导体技术的良好兼容性，该工作具有开发超紧凑、多像素和多功能太赫兹传感器的潜力，可用于广泛的应用。

文献：

https://doi.org/10.1021/acsnano.2c07968

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来源：文章来自ACS Nano网站，由材料分析与应用整理编辑。

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