7、基于石墨烯的原型设计：实现高效吸收与可调性

基于石墨烯的原型设计：实现高效吸收与可调性

1. 石墨烯概述

石墨烯作为一种二维材料，近年来在光探测器、波调制器和等离子体器件等应用领域受到了广泛关注。其最吸引人的特性是可调的能带结构，通过施加外部偏置电压或用光束泵浦，可以在较大范围内调节其电导率。因此，石墨烯层可以替代微波范围内使用的变容二极管和压敏电阻，并为太赫兹和光学范围内的超表面提供可调性。

2. 实际考虑与设计约束

• 电导率描述 ：石墨烯的电导率可以用Kubo公式描述：
  [
  \sigma_g(\omega, E_F, \mu_m) = -j\frac{e^2k_BT}{\pi\hbar^2(\omega - j\gamma)}\left[\frac{E_F}{k_BT} + 2\ln\left(1 + e^{-\frac{E_F}{k_BT}}\right)\right] - j\frac{e^2}{4\pi\hbar}\ln\left[\frac{2|E_F| - (\omega - j\gamma)\hbar}{2|E_F| + (\omega - j\gamma)\hbar}\right]
  ]
  其中，(\gamma = \frac{ev_F^2}{\mu_mE_F}) 是散射率（(v_F) 是费米速度），(k_B) 是玻尔兹曼常数，(e) 是基本电荷，(\hbar) 是约化普朗克常数，(T) 是温度。在太赫兹频段及更低频率下，带内跃迁占主导地位，我们可以用公式中的第一项来近似石墨烯的表面电导率。
• 电导率控制因素 ：从Kubo公式可以看出，石墨烯的电导率可以通过