Graphene-tunable mid-infrared metamaterials based on titanium nitride nanorods
Yükleniyor...
Dosyalar
Tarih
2020
Yazarlar
Dergi Başlığı
Dergi ISSN
Cilt Başlığı
Yayıncı
Süleyman Demirel Üniversitesi
Erişim Hakkı
info:eu-repo/semantics/openAccess
Özet
Graphene-tunable, particle-based and absorber metamaterials are presented whichutilize titanium nitride as the plasmonic material. The design of the particle-basednanoantenna array is shown via geometrical parameter sweep simulations.Additionally, the origin of the resonance mode is revealed by decomposing thespectrum into the radiating contributions of multipoles and near-fieldenhancement distribution maps. Moreover, the tunability of the designedmetamaterial is shown by changing the chemical potential of a monolayer ofgraphene which is coated on top of the device. To utilize the designed device as anabsorber metamaterial, a mirror layer is introduced for the elimination of thetransmission through the device. With the aim of obtaining perfect absorption, thethickness values of the functional layers are optimized via parameter sweepsimulations. Finally, the tunability of the absorber metamaterial is shown byutilizing a graphene monolayer on top of the nanoantennas and the tuningperformance of both architectures are compared. The engineering of graphenetunable metal-free metamaterials provides a novel strategy for the development oflow-cost integrated photonic devices and plasmonic devices which are resistant tohigh temperatures.
Plazmonik malzeme olarak titanyum nitrit kullanan, grafen ile ayarlanabilir, parçacık ve soğurucu tabanlı metamalzemeler sunulmuştur. Parçacık tabanlı nanoantenin tasarımı, parametre değişimi benzetimleri ile sunulmuştur. Ayrıca, rezonans modlarının kökeni, çok kutuplu modların, tasarlanan yapının tayfına katkılarının belirlenmesi ve yakın alan güçlendirme dağılım haritaları ile ortaya konmuştur. Buna ek olarak, tasarlanan metamalzemenin ayarlanabilirliği, yapının üzerine kaplanmış tek katman grafenin kimyasal potansiyelinin değiştirilmesi ile gösterilmiştir. Tasarlanan cihazın soğurucu metamalzeme olarak kullanılabilmesi amacıyla, yapıdan elektromanyetik geçirgenliği elimine etmek için bir ayna katmanı eklenmiştir. Soğurmanın mükemmel olması için, fonksiyonel yapıların kalınlıkları, parametre değişimi benzetimleri ile optimize edilmiştir. Son olarak, soğurucu yapının ayarlanabilirliği, nanoantenlerin üzerine tek katmanlı grafenin kaplanması ile sağlanmıştır ve parçacık ve soğurucu tabanlı metamalzemelerin ayarlanabilirlik performansları karşılaştırılmıştır. Grafen ile ayarlanabilir, metal kullanılmayan metamalzemelerin mühendisliği, düşük maliyetli tümleşik fotonik cihazların ve yüksek sıcaklıklara dayanıklı plazmonik cihazların geliştirilebilmesi için yeni bir strateji sağlamaktadır.
Plazmonik malzeme olarak titanyum nitrit kullanan, grafen ile ayarlanabilir, parçacık ve soğurucu tabanlı metamalzemeler sunulmuştur. Parçacık tabanlı nanoantenin tasarımı, parametre değişimi benzetimleri ile sunulmuştur. Ayrıca, rezonans modlarının kökeni, çok kutuplu modların, tasarlanan yapının tayfına katkılarının belirlenmesi ve yakın alan güçlendirme dağılım haritaları ile ortaya konmuştur. Buna ek olarak, tasarlanan metamalzemenin ayarlanabilirliği, yapının üzerine kaplanmış tek katman grafenin kimyasal potansiyelinin değiştirilmesi ile gösterilmiştir. Tasarlanan cihazın soğurucu metamalzeme olarak kullanılabilmesi amacıyla, yapıdan elektromanyetik geçirgenliği elimine etmek için bir ayna katmanı eklenmiştir. Soğurmanın mükemmel olması için, fonksiyonel yapıların kalınlıkları, parametre değişimi benzetimleri ile optimize edilmiştir. Son olarak, soğurucu yapının ayarlanabilirliği, nanoantenlerin üzerine tek katmanlı grafenin kaplanması ile sağlanmıştır ve parçacık ve soğurucu tabanlı metamalzemelerin ayarlanabilirlik performansları karşılaştırılmıştır. Grafen ile ayarlanabilir, metal kullanılmayan metamalzemelerin mühendisliği, düşük maliyetli tümleşik fotonik cihazların ve yüksek sıcaklıklara dayanıklı plazmonik cihazların geliştirilebilmesi için yeni bir strateji sağlamaktadır.
Açıklama
Anahtar Kelimeler
Plasmonics, Tunable Metamaterials, Graphene, Nanoantenna, Perfect Absorbers, Plazmonik, Ayarlanabilir Metamalzeme, Grafen, Nanoanten, Mükemmel Soğurucu
Kaynak
Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi
WoS Q Değeri
Scopus Q Değeri
Cilt
8
Sayı
4
Künye
ASLAN E,ASLAN E (2020). GRAPHENE-TUNABLE MID-INFRARED METAMATERIALS BASED ON TITANIUM NITRIDE
NANORODS. Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 8(4), 1269 - 1277. Doi: 10.21923/jesd.816906
