1 云南农业大学 理学院，云南 昆明 650201
2 云南大学 信息学院，云南 昆明 650091
3 云南农业大学 大数据学院（信息工程学院），云南 昆明 650201
提出了由“田”字型狄拉克半金属（BDS）谐振器和钛酸锶（STO）组成的双调谐“完美”超材料吸波体并进行数值仿真。结果表明：当BDS费米能量为40 meV、STO温度为400 K时，吸波体在2.613 1 THz处吸收率达到了99%。同时，当BDS费米能量和STO温度改变时，可实现吸波体吸收频率和吸收率大小的动态双调谐。此外，分别利用了耦合模理论（CMT）和等效电路模型（ECM）从理论上分析了吸波体的性能。最后，进一步讨论了模型各参数改变时，吸波体吸收光谱的变化规律。这为双调谐滤波器、吸波体的设计提供了理论依据。
吸波体 狄拉克半金属 钛酸锶 双调谐 absorber Dirac semimetal strontium titanate dual-tunable
设计了一种基于二氧化钒和狄拉克半金属的滤波/传感太赫兹超表面。该超表面由基于狄拉克半金属的镜面对称双开口环以及具有矩形孔的二氧化钒薄膜构成。通过调控超表面中二氧化钒的电导率，可以实现传感器/滤波器两种功能的切换。结果显示：当二氧化钒处于绝缘态时，超表面工作在传感器模式，此时，增大样品厚度及样品与传感器的距离均可增大传感器的灵敏度；当二氧化钒处于金属态时，超表面工作在滤波器模式，滤波器在中心频率处的插入损耗为1.3 dB，回波损耗为12.7 dB。这种具有多功能的超表面在太赫兹传感器和滤波器等方面具有较高的应用价值。
光学器件 太赫兹 超表面 多功能 狄拉克半金属 二氧化钒
1 南京大学,固体微结构物理国家重点实验室&现代工程与应用科学学院,南京 210093
2 江苏省功能材料设计原理与应用技术重点实验室, 南京 210023
α-Sn(灰锡)是一种重要的拓扑材料, 据理论预测, 打破α-Sn的对称性可以得到拓扑绝缘体、拓扑半金属等多种拓扑相。目前α-Sn的研究以理论计算和角分辨光电子能谱研究能带结构为主, 受限于衬底条件, 高质量的α-Sn外延生长及其电输运性质的研究较少。本文结合课题组近几年在α-Sn薄膜外延生长和拓扑输运性质方面的研究进展, 系统地综述了高质量单晶α-Sn薄膜的分子束外延生长、电输运的测试方法及拓扑性质的验证。通过对输运性质的研究证实了α-Sn的狄拉克半金属相和自旋极化拓扑表面态, 进一步通过改变薄膜厚度和外加应力的方式来实现α-Sn拓扑性质的调控。以上工作不仅为进一步研究α-Sn的拓扑性质提供了重要依据, 也为基于α-Sn的新型量子器件研究提供了重要的材料基础。
拓扑材料 分子束外延 输运表征 狄拉克半金属 拓扑绝缘体 α-Sn α-Sn topological material molecular beam epitaxy transport measurement Dirac semimetal topological insulator
1 云南农业大学 理学院，云南 昆明 650201
2 云南大学 信息学院，云南 昆明 650091
提出了基于狄拉克半金属（BDS）和二氧化钒（VO2）的三频带（triple-band）双调谐吸波体，通过时域有限差分法和等效电路模型（ECM）分析了吸波体的电磁特性。研究表明：当VO2呈现出纯金属态时，吸波体会出现三个明显的吸收峰，平均吸收率为98.64%。同时，通过改变BDS费米能量和VO2电导率可以动态调谐吸波体吸收峰处的谐振频率和吸收率。最后，分别讨论了吸波体吸波特性随BDS层、VO2层和中间介质层厚度的变化规律。这为多带双调谐滤波器、吸波体的设计提供了理论依据。
吸波体 狄拉克半金属 二氧化钒 双调谐 absorber Dirac semimetal vanadium dioxide dual-tunable
武警特色医学中心 医学工程科, 天津 300162
狄拉克半金属是一种全新的拓扑量子材料, 因具有丰富而有趣的光学性质而受到人们的广泛关注。论文构建了基于狄拉克半金属Cd3As2、CdTe介质膜以及空气缺陷层组成的一维光子晶体, 采用传输矩阵理论模拟并揭示了光子晶体的反射率与透射率随温度、入射光波长以及入射角的演变规律。研究结果表明, 选择合适的结构参数, 光子晶体能够在中红外波段形成光子带隙, 随着温度的升高, 光子带隙的宽度逐渐变窄, 带隙波长范围内的反射率和透射率均逐渐减小; 当入射光为斜入射时, 随着入射角的增加, 光子带隙的带边和中心波长均发生蓝移, 对于p偏振光, 光子带隙的宽度逐渐减小, 而对于s偏振光, 光子带隙的宽度几乎不受入射角的影响。
光学材料 狄拉克半金属 一维光子晶体 反射率 透射率 optical materials Dirac semimetal one-dimensional photonic crystal reflectance transmittance
提出了一种基于狄拉克半金属的宽带可切换双功能太赫兹极化转换器。该极化转换器由谐振结构和经聚乙烯环烯烃共聚物介质层隔开的金薄膜组成。通过调整狄拉克半金属的费米能级，设计的超表面可以从四分之一波片切换到二分之一波片。数值仿真结果表明：当费米能级为70 meV时，超表面为四分之一波片，可在1.955~2.071 THz频率范围内将入射的线极化波转换为左旋圆极化波，在2.606~3.490 THz频率范围内将入射的线极化波转换为右旋圆极化波，且在1.955~2.071 THz和2.606~3.490 THz两个频率范围内的椭圆率分别接近于±1；当费米能级为160 meV时，超表面为二分之一波片，在2.599~3.638 THz内可将y极化波转换为x极化波，极化转换率超过90%。此外，相比其他结构，该结构在较大的入射角下可以维持相同的性能，还可以通过改变狄拉克半金属的费米能级动态调节其极化转换性能。该设计方法可应用于无线通信、太赫兹传感和成像等领域中。
材料 超材料 狄拉克半金属 可切换双功能 太赫兹 极化转换 激光与光电子学进展
2022, 59(17): 1716003
提出了一种基于二氧化钒-狄拉克半金属混合超材料的单/双波段可切换太赫兹吸波器设计。利用二氧化钒的可逆相变特性来实现单/双波段功能之间的切换，当二氧化钒处于绝缘态时，通过改变狄拉克半金属的费米能级能量，可实现吸收峰值大小和位置的调控。数值仿真表明：当二氧化钒处于绝缘态且狄拉克半金属的费米能级能量设定为160 meV时，吸波器可以在0.97 THz和3.152 THz处出现两个吸收峰，吸收率分别为99.3%和99.7%，均超过了99%，说明在这两个谐振频率点处实现了几乎完美的吸收。而当二氧化钒变为金属态且狄拉克半金属的费米能级能量为160 meV时，吸波器在4.246 THz处出现一个吸收峰，吸收峰值超过98%。实际上，由于狄拉克半金属的存在，吸收率会受到费米能级能量的影响，仿真结果发现：当VO2处于绝缘态时，狄拉克半金属费米能级能量对吸收峰值和谐振频率点有较大的影响；然而，当 VO2处于金属态时，狄拉克半金属的费米能级能量几乎不会改变吸收峰值和谐振频率。为了验证吸波器的吸波机理，引入阻抗匹配理论对吸波器进行分析。所提出的可切换超材料吸波器可以广泛地应用于成像等领域。
材料 光学设备 太赫兹 二氧化钒 狄拉克半金属 吸收
1 山西大学 理论物理研究所,量子光学与光量子器件国家重点实验室,太原 030006
2 山西大学 物理电子工程学院,太原 030006
3 山西大学 现代教育技术学院计算机中心,太原 030006
4 中科院半导体研究所 集成光电子学国家重点实验室,北京 100083
5 晋中学院 数理学院,晋中 030619
本文基于新型材料狄拉克半金属(Dirac semimetals,DSs),设计了一款高纯度宽频带可调谐线偏振转换器,偏振转换率(PCR)超过99％的相对带宽为15.72％。在频段5.25～6.14 THz内,椭度角接近0°,偏振方位角约等于-90°。这种转换性能主要是源于顶层超表面的各向异性和局域的表面等离子体激元谐振(LSPRs)的激发。此外,通过改变费米能的大小可以使所设计的偏振转换器在不同的频带范围内实现宽频带偏振转换。最后,通过半解析的方法对偏振转换特性进行了理论分析。该设计在太赫兹通信、成像、无损检测等领域具有一定的应用价值,同时为宽频带可调谐太赫兹线偏振转换器的设计提供了新思路。
狄拉克半金属 太赫兹 宽频带 可调谐 偏振转换器 Dirac semimetals terahertz broadband tunable polarization converter
山东科技大学电子信息工程学院, 青岛市太赫兹技术重点实验室, 青岛 266590
提出了一种基于狄拉克半金属超材料的双开口环结构的宽带偏振器,研究了狄拉克半金属费米能级以及中间介质厚度对偏振转换性能的影响。结果表明:当中间介质厚度为22 μm,费米能级为70 meV时,在1.44 THz和1.95 THz两个谐振频率处,偏振转换效率为100%;当中间介质厚度为22 μm时,随着狄拉克半金属费米能级从64 meV增加到70 meV,高低两个谐振峰均产生蓝移;当狄拉克半金属费米能级为70 meV时,随着基底介质厚度从19 μm增加到22 μm,低频处的谐振峰未移动,高频率点处的谐振峰红移。
太赫兹技术 超材料 偏振 狄拉克半金属
