[发明专利]基于磁电双场调控的石墨烯电磁场强度调制器

说明书

本发明涉及基于磁电双场调控的石墨烯电磁场强度调制器。本发明提供一种电磁场强度调制器，所述电磁场强度调制器包含石墨烯层(1)、电容层(2)、导电介质层(3)、导电螺线圈(4)、磁芯(5)；所述电容层(2)位于石墨烯层(1)和导电介质层(3)之间，导电介质层(3)位于磁芯(5)端面上方，导电螺线圈(4)环绕于磁芯(5)非端面的磁芯外表面。本发明的电磁场强度调制器可通过自行产生的可变磁场和栅极电场来控制石墨烯的电导率频谱，从而能够在射频至远红外频段的电磁波范围内众多频点上实现相互独立的、针对入射电磁波的振幅调控，具有极好的主动调频性能。

技术领域

本发明涉及基于磁电双场调控的石墨烯电磁场强度调制器，具体涉及基于石墨烯/电容层/导电介质/电磁铁结构的高集成度的电磁场强度调制器。本发明提供一种由自行产生的磁场和电场作为控制手段的电磁波振幅调制器件，对射频至远红外频段的电磁波进行频率可自由调节的波振幅调制；其利用电磁铁磁芯端面作为反射面和衬底的设计，使得器件的集成度因此得到提高，对于控制磁场的引入和调节也更加方便。

背景技术

主动控制电磁波振幅器件是在微波、太赫兹、中远红外以及光纤通讯等诸多电磁波段都非常重要的器件。无需改变器件的结构，仅通过改变外界条件，即可灵活的控制器件的性能，是这类主动控制器件最大的优势。通常，这种外界条件以门电压的形式来实现。然而，由于器件中工作物质在不同的电场条件下对于不同频率的电磁波有着完全一致的响应，导致传统的主动控制器件基本为单一频率的器件，无法针对不同频率的电磁波做出可控的调节。

石墨烯作为一种新颖的二维材料，它在电场下的行为与其他物质并无本质区别，均为宽谱的、平坦的响应特性。不过，石墨烯在磁场下的行为，则与寻常物质有着本质的不同。第一，石墨烯在磁场下的电子能级会发生不均匀的分裂，形成不等间距的朗道能级，而其他物质的分裂则是均匀的。第二，石墨烯的电子为无质量的狄拉克-费米子，它在磁场下的轨道能量大大的高于寻常物质，使得石墨烯能够对更高频率的光子产生有效响应。

发明内容

发明人利用石墨烯在磁场下的特征行为，设计了一种全新的主动控制电磁波振幅器件。在该器件中，将螺圈型电磁铁整合到调制结构，使其同时起到电磁反射面和驱动磁场两大作用，达到了将外磁场和门电场同时引入的目的。因此该器件可以通过控制磁场和电场的强度来控制石墨烯的光学跃迁频率，进而实现对不同频率电磁波振幅的主动调节。这种基于双场的调节，相比较单一电场的调节，有着更加灵活的频率调节特性，在从微波至可见光的频率范围内，均可对电磁波进行频率选择性的振幅调制。

因此，本发明提供一种新型的主动振幅调制器件，可以灵活的对不同频率的电磁波进行外场调控，而不需改变器件结构。

在一些实施方案中，本发明提供一种电磁场强度调制器，所述电磁场强度调制器包含石墨烯层(1)、电容层(2)、导电介质层(3)、导电螺线圈(4)、磁芯(5)；所述电容层(2)位于石墨烯层(1)和导电介质层(3)之间，导电介质层(3)位于磁芯(5)端面上方，导电螺线圈(4)环绕于磁芯(5)非端面的磁芯外表面。

在一些实施方案中，本发明的石墨烯层(1)没有特别限制，可以包括1层，2层或者更多层石墨烯。

在一些实施方案中，本发明的石墨烯层(1)的石墨烯掺杂类型包括n型，p型或者本征。

在一些实施方案中，本发明的导电介质层(3)在100GHz～30THz频率范围内为透明物质，并且具有导电性能，例如其可以是硅、砷化镓。

在一些实施方案中，本发明的导电介质层(3)的厚度为0至1毫米。

在一些实施方案中，本发明的磁芯(5)的端面抛光度高于1.0微米。

在一些实施方案中，本发明的磁芯(5)为铁磁性金属，例如铁，钴，镍。