Un absorbeur parfait en métamatériau (MPA) est généralement constitué d'unités périodiques de métal sub-longueur d'onde (par exemple, un superabsorbant plasmonique) ou d'unités résonantes diélectriques. Par rapport aux systèmes physiques passifs statiques, les métamatériaux accordables peuvent manipuler dynamiquement les ondes électromagnétiques, améliorant ainsi le contrôle multidimensionnel de la réponse optique. Il existe deux stratégies typiques pour obtenir des propriétés ajustables dans les métamatériaux :la reconstruction mécanique et la modification des structures de réseau des métamatériaux.

Contrairement à ces méthodes classiques, la combinaison de matériaux fonctionnels et de structure métamatérielle offre un moyen de modifier les propriétés optiques des matériaux via des stimuli externes et a un taux de réponse plus rapide. En tant que matériau fonctionnel accordable typique, le graphène possède d'excellentes caractéristiques mécaniques, électriques et optiques. L'incorporation de graphène dans les structures métamatériaux peut améliorer considérablement les interactions lumière-matière.

Dans cette optique, le groupe du professeur Weiping Wu a démontré un nouvel absorbeur térahertz ultra-large bande réglable utilisant les propriétés uniques du graphène et des métamatériaux plasmoniques structurés hiérarchiquement. Le document de recherche de l'équipe est publié dans la revue Advanced Devices &Instrumentation. .

La structure du métamatériau comprend une alternance de barres/carrés d'or en forme de T, une couche diélectrique, ainsi qu'une couche de graphène sur une couche d'or. L'absorption moyenne du MPA a atteint 90 % sur une gamme de fréquences ultra-large allant de 20,8 THz à 39,7 THz. L'origine des caractères à large bande est analysée à travers des diagrammes de champ électrique et la modulation de la fenêtre d'absorption par le graphène est étudiée. De plus, les influences de différents paramètres sur les résultats sont étudiées et la recherche discute de l'application potentielle de cette structure dans le domaine de l'optoélectronique.

Enfin, certains absorbeurs à large bande récemment signalés dans la bande THz – infrarouge lointain sont comparés et analysés avec les résultats du présent travail. L'absorbeur à large bande en métamatériau proposé présente une absorption moyenne plus élevée et une plage de fréquences plus large. La structure proposée ne comporte qu'une seule couche d'or à motifs, ce qui présente de grands avantages par rapport à d'autres publications en termes de fabrication.

En conclusion, un nouvel absorbeur térahertz réglable à ultra-large bande de graphène et de métamatériaux plasmoniques structurés hiérarchiquement est proposé et étudié, et une absorption ultra-large bande presque parfaite de 20,8 THz à 39,7 THz est étudiée numériquement. L’absorbeur proposé est mis en œuvre en disposant alternativement deux structures d’or de tailles différentes dans chaque cellule unitaire. La bande passante dépassant 90 % d'absorption des absorbeurs à large bande est d'environ 18,9 THz.

En ajustant le niveau d’énergie Fermi du graphène, la position de l’ultra haut débit peut être ajustée. De plus, les effets des paramètres géométriques sur les spectres d'absorption de l'absorbeur sont analysés quantitativement. Ces résultats impliquent que l'absorbeur métamatériau proposé dans ce travail peut conduire à de nouvelles améliorations dans le domaine du filtrage accordable, des détecteurs, du rayonnement thermique contrôlé et d'autres dispositifs photoniques.