A four-band and polarization-independent BDS-based tunable absorber with high refractive index sensitivity

文献情報

出版日 2021-11-10
DOI 10.1039/D1CP04568G
インパクトファクター 3.676
著者

Xianglong Wu, Ying Zheng, Yao Luo, Jianguo Zhang, Zao Yi, Xianwen Wu, Shubo Cheng, Wenxing Yang, Yang Yu, Pinghui Wu


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要旨

A four-band terahertz tunable narrow-band perfect absorber based on a bulk Dirac semi-metallic (BDS) metamaterial with a microstructure is designed. The three-layer structure of this absorber from top to bottom is the Dirac semi-metallic layer, the dielectric layer and the metal reflector layer. Based on the Finite Element Method (FEM), we use the simulation software CST STUDIO SUITE to simulate the absorption characteristics of the designed absorber. The simulation results show that the absorption rate of the absorber is over 93% at frequencies of 1.22, 1.822, 2.148 and 2.476 THz, and three of them have achieved a perfect absorption rate of more than 95%. We use the localized surface plasmon resonance (LSPR), impedance matching and other theories to analyze its physical mechanism in detail. The influence of the geometric structure parameters of the absorber and the incident angle of electromagnetic waves on the absorption performance has also been studied in detail. Due to the rotational symmetry of the structure, the designed absorber has excellent polarization insensitivity. In addition, the maximum adjustable range of absorption frequency is 0.051 THz, which can be achieved by changing the Fermi energy of BDS. We also define the refractive index sensitivity (S), which is 39.1, 75.4, 119.1 and 122.0 GHz RIU−1 for the four absorption modes when the refractive index varies in the range of 1 to 1.9. This high-performance absorber has a very good development prospect in the frontier fields of bio-chemical sensing and special environmental detection.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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