石墨烯特异介质表面对电磁波的动态调控

批准号:
11474057
项目类别:
面上项目
资助金额:
100.0 万元
负责人:
周磊
依托单位:
学科分类:
A20.凝聚态物理
结题年份:
2018
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
何琼、汤世伟、屈澈、孙午炯、李欣、苗子齐、马少杰、田筱超然、林婧
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中文摘要
电磁特异介质因其对电磁波的强大调控能力,引发了国际上的研究热潮。基于常规金属构建的特异介质在取得巨大成就的同时也碰到了发展的瓶颈:"人工原子"的亚波长性难以保证和体系的动态可调性差。石墨烯具有动态可调的等离激元共振和超亚波长的光学响应,因而成为解决上述问题的理想材料,石墨烯特异介质也逐渐成为特异介质研究的一大热点。申请人拟利用自身多年来在特异介质研究方面的工作积累,通过与在石墨烯领域作出重大贡献的合作者的密切合作,结合理论、模拟、制备和实验,研究石墨烯特异介质表面对电磁波的动态高效的调控。为此我们将由简入繁地开展如下研究:1)将整片无结构的石墨烯与特异介质表面相结合,探索其对电磁波动态调控的机理及应用;2)将刻有微结构的石墨烯与特异介质相结合,研究两种等离激元之间的耦合机理及应用;3)面对实际应用需求,基于上述两部分研究结果,设计并实现部分动态可调的太赫兹器件雏形。
英文摘要
Metamaterials (MTM) have been extensively studied due to their stronger abilities to manipulate EM waves, and great achievements were obtained. However, MTM research meets bottelneck recently, since the meta-atoms constructred with traditional metals exhibit poor tunability and can not be deep-subwavelength. Graphenen can be a good candidate to solve the above two issues, since it has tunable surface plasmon properties and deep-subwavelength responses. Consequencetly, graphene-based MTM is becoming a hot topic in MTM field. Based on our past excellent accumulations on MTMs and metasurfaces, and in collaboration with in-campus expert in graphene field, we propose here to study the physical properties of graphene-based MTSs and their active manipulations on EM waves, through combining theory, numerical simulation, micro and nano fabrications and experimental characterizations. To this end, we plan to conduct the following three parts of research: 1) Combining meta-surfaces with a continuous and unstructured graphene layer to realize active and efficient controls on EM waves; 2) Studing the couplings effects and physical applications of coupled systems combining a structured graphene and a meta-surface; 3) Based on the above two parts of research, designing and fabricating certain THz devices to experimentally realize ative manipulations on THz waves.
本项目针对传统超构材料动态可调性差这一关键科学问题,基于石墨烯超构表面展开了系统研究,取得了一下几个方面的研究成果:1)揭示金属/介质/金属三明治型超构表面功能多样化的物理根源,利用石墨烯超构表面实现大幅动态调控电磁波相位,并实现了一批太赫兹可调功能性器件。团队在完成项目既定目标的同时,还根据本领域研究热点和团队科研优势开展了以下超构材料相关研究:2)基于变容二极管构建的可调人工原子实现了一系列微波高效可调超构表面功能性器件;3)基于偏振依赖电磁超构表面实现对电磁波的高效多功能调控;4)利用几何相位超构表面实现对手性光的高效调控;5)基于超构表面实现对表面波的高效调控;6)超构表面中角度色散的理论和实验研究;7)超构表面相关的合作拓展研究。. 在本项目支持下,团队共发表SCI 论文36篇,其中包括Physical Review X 1篇,Physical Review Letters 1篇,Light:Science & Applications 3篇,Physical Review Applied 3篇,Advanced Optical Materials 3篇,ACS Photonics 1篇,Annalen der Physik 1篇等高影响力论文,获得8项国家发明专利授权,主办国内外学术会议三次,应邀46次在国际学术会议上做邀请报告,20余次作为组委会委员参与相关国际会议组织,培养博士研究生7人。本项目部分研究成果已经与实际应用相结合,解决了军民应用方面的实际问题。本项目的科研成果不仅具有非常重要的基础科研价值,大大提升了团队在超构材料研究领域的国际影响力,而且在国防、信息等领域取得了重要的实际应用。. 团队相关研究内容于2016年荣获上海市自然科学一等奖。项目负责人于2015年宝钢优秀教师奖,2016年获上海市自然科学牡丹奖和美国光学学会青年科学家奖,2017年入选上海市领军人才和科技部中青年科技创新领军人才,获得美国物理学会杰出审稿人称号,2018年入选美国光学学会会士。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Resonant modes in metal/insulator/metal metamaterials: An analytical study on near-field couplings
金属/绝缘体/金属超材料中的谐振模式:近场耦合的分析研究
DOI:10.1103/physrevb.93.045305
发表时间:2016-01
期刊:Physical Review B
影响因子:3.7
作者:Ma Shaojie;Xiao Shiyi;Zhou Lei
通讯作者:Zhou Lei
Tunable microwave metasurfaces for high-performance operations: dispersion compensation and dynamical switch.
用于高性能操作的可调谐微波超表面:色散补偿和动态开关
DOI:10.1038/srep38255
发表时间:2016-11-30
期刊:Scientific reports
影响因子:4.6
作者:Xu HX;Tang S;Ma S;Luo W;Cai T;Sun S;He Q;Zhou L
通讯作者:Zhou L
DOI:10.1038/srep27503
发表时间:2016-06-08
期刊:Scientific reports
影响因子:4.6
作者:Xu HX;Sun S;Tang S;Ma S;He Q;Wang GM;Cai T;Li HP;Zhou L
通讯作者:Zhou L
DOI:10.1364/ol.40.000272
发表时间:2015
期刊:Optics Letters
影响因子:3.6
作者:Qiu Meng;Xiao Shiyi;He Qiong;Sun Shulin;Zhou Lei
通讯作者:Zhou Lei
Anomalous scaling laws of hyperbolic metamaterials in a tubular geometry
管状几何结构中双曲超材料的反常缩放定律
DOI:10.1364/josab.35.000391
发表时间:2018-02
期刊:Journal of the Optical Society of America B-Optical Physics
影响因子:1.9
作者:Tang Shiwei;Fang Yangfu;Zhou Lei;Liu Zhaowei;Mei Yongfeng
通讯作者:Mei Yongfeng
电磁超表面的物理和应用
- 批准号:11734007
- 项目类别:重点项目
- 资助金额:338.0万元
- 批准年份:2017
- 负责人:周磊
- 依托单位:
利用复杂特异介质调控电磁辐射特性
- 批准号:11674068
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:70.0万元
- 批准年份:2016
- 负责人:周磊
- 依托单位:
新型电磁特异介质对光与物质相互作用的调控
- 批准号:11174055
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:60.0万元
- 批准年份:2011
- 负责人:周磊
- 依托单位:
电磁异性介质中的若干基础理论问题研究
- 批准号:10504003
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:25.0万元
- 批准年份:2005
- 负责人:周磊
- 依托单位:
国内基金
海外基金
