Ultrafast refractive index control of a terahertz graphene metamaterial.
Ultrafast refractive index control of a terahertz graphene metamaterial.
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DOI：
10.1038/srep02135
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发表时间：
2013
影响因子：
4.6
通讯作者：
Min, Bumki
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Lee, Seung Hoon;Choi, Jeongmook;Kim, Hyeon-Don;Choi, Hyunyong;Min, Bumki
材料折射率的调制是基本的，但它对于电磁波的操纵至关重要。依靠天然材料的固有特性，提高折射率调制对比度一直是器件工程中的一个长期挑战。在这里，我们展示了大量的超快折射率调制的光学激发非平衡狄拉克费米子在石墨烯层集成到一个高指数的超材料。此外，通过对石墨烯超材料中平衡狄拉克费米子的密度进行电调谐，可以实现高达Δn ~ −3.4（在0.69 THz）的折射率极大电调制。 这种表现形式，否则在传统的半导体器件中仍然难以捉摸，充分利用了石墨烯中的特征超快电荷弛豫以及超材料的强电容响应，这两者都使我们能够大幅增加石墨烯的光-物质相互作用和石墨烯超材料中相应的折射率对比度。
Modulation of the refractive index of materials is elementary, yet it is crucial for the manipulation of electromagnetic waves. Relying on the inherent properties of natural materials, it has been a long-standing challenge in device engineering to increase the index-modulation contrast. Here, we demonstrate a significant amount of ultrafast index modulation by optically exciting non-equilibrium Dirac fermions in the graphene layer integrated onto a high-index metamaterial. Furthermore, an extremely-large electrical modulation of refractive index up to Δn ~ −3.4 (at 0.69 THz) is achieved by electrical tuning of the density of the equilibrium Dirac fermion in the graphene metamaterial. This manifestation, otherwise remaining elusive in conventional semiconductor devices, fully exploits the characteristic ultrafast charge relaxation in graphene as well as the strong capacitive response of the metamaterial, both of which enable us to drastically increase the light-matter interaction of graphene and the corresponding index contrast in the graphene metamaterials.
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