利用近场增强实现基于石墨烯和超材料复合结构的可调谐非线性太赫兹调制器件

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61705167
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0504.红外与太赫兹物理及技术
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Modulating terahertz waves using conductivity-adjustable graphene material has drawn enormous attention in the terahertz research. In particular, modulating terahertz waves using graphene-metamaterial hybrid structures has greatly improved the modulating performances, which is very potential in realizing next-generation active terahertz modulation devices. However, the previous research mainly rely on the linear property of graphene under low terahertz incident field, research on the nonlinear effect of graphene under strong-field terahertz incidence are seldom reported. Meanwhile, the modulation depth of the reported works in nonlinear terahertz modulation still need to be improved (~15%). In this proposal, we aim to apply the graphene-metamaterial hybrid structures to enhance the nonlinear effect of graphene by using the near-field enhancement effect of metamaterial structures, and study the interaction process between the nonlinear graphene and the metamaterials. We will reveal the inner physical mechanisms by means of numerical simulation, sample fabrication, experimental characterization and theoretical analysis. Next, based on the above research, we will further introduce external optical pump and bias voltage to control the strength of the nonlinear effect of graphene, so as to realize controllable nonlinear terahertz modulators with large modulation depth (Maximum > 80%). Our proposal will serve as a foundation of this kind of terahertz functional devices.
利用石墨烯电导率可调的特性调制太赫兹波是太赫兹领域中备受瞩目的研究方向,尤其是利用石墨烯和超材料复合结构来调制太赫兹,极大地优化了相应调制器件的性能,有望实现新一代主动式太赫兹调制器件。然而,在以往的研究中,主要用到的是低太赫兹入射场下石墨烯的线性性质,关于强太赫兹入射场下石墨烯非线性效应的研究工作还鲜有报道,且已报道的相关太赫兹调制深度也有待提高(~15%)。本项目旨在采用石墨烯和超材料复合结构,利用超材料微结构的近场增强效应增强石墨烯的非线性效应,研究强场太赫兹入射下非线性石墨烯和超材料相互作用的物理过程。通过模拟仿真、样品制备、实验测量和理论模型分析等手段,揭示内在物理规律。并在此研究基础上,引入外加光泵和偏置电压等调控方法,来进一步调谐石墨烯的非线性效应的强弱,实现大调制深度(最高> 80%)的可调谐非线性太赫兹调制器件。本项目将为推动太赫兹波段此类功能器件的发展奠定基础。

结项摘要

太赫兹科学与技术是近年来电磁领域的研究热点之一,相关太赫兹源、太赫兹探测器等器件层出不穷。然而,相应调控功能器件却较为匮乏,制约了太赫兹技术的发展,其中包括太赫兹非线性调制器件。超材料的出现为突破这一困难提供了有效途径,这是因为超材料微结构的谐振场增强效应,为非线性效应的产生提供了理想的场所。另外,二维材料石墨烯近年来也发展迅速,其本身在太赫兹波段具有非线性特性。鉴于此,本项目结合超材料近场增强效应和石墨烯的非线性效应,对可调谐非线性太赫兹调制器件开展了深入研究。在3年的项目实施过程中,采用三角形二聚体、小缝隙(百纳米量级)开口谐振环、电磁诱导透明耦合结构等超材料微结构与石墨烯相互作用,实现了多种对太赫兹透射谱和反射谱的非线性主动调制器件。同时,结合光泵和偏置电压两种调控手段,也实现了多种主动式的太赫兹调控器件。项目在《Advanced Materials Technologies》、《Optics Express》、《ACS Photonics》、《Nanophotonics》、《Materials》等国际高水平期刊发表SCI论文11篇。研究成果为太赫兹非线性功能器件的设计奠定了基础,在未来集成化应用方面具有应用前景。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(4)
专利数量(1)
Generation of terahertz vector beams using dielectric metasurfaces via spin-decoupled phase control
通过自旋解耦相位控制使用介电超表面生成太赫兹矢量光束
  • DOI:
    10.1515/nanoph-2020-0112
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    NANOPHOTONICS
  • 影响因子:
    7.5
  • 作者:
    Xu Yuehong;Zhang Huifang;Li Quan;Zhang Xueqian;Xu Quan;Zhang Wentao;Hu Cong;Zhang Xixiang;Han Jiaguang;Zhang Weili
  • 通讯作者:
    Zhang Weili
Excitation of Electromagnetically Induced Transparency Effect in Asymmetrical Planar Terahertz Toroidal Dipole Metasurfaces
非对称平面太赫兹环形偶极子超表面中电磁感应透明效应的激发
  • DOI:
    10.1007/s10762-020-00756-5
  • 发表时间:
    2020-11
  • 期刊:
    Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Song Wang;Shuang Wang;Xiaoli Zhao;Jianyu Zhu;Quan Li;Tai Chen
  • 通讯作者:
    Tai Chen
Nonlinear Modulation of Plasmonic Resonances in Graphene-Integrated Triangular Dimers at Terahertz Frequencies
太赫兹频率下石墨烯集成三角二聚体中等离子体共振的非线性调制
  • DOI:
    10.3390/ma12152466
  • 发表时间:
    2019-08
  • 期刊:
    Materials
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Quan Li;Shuang Wang;Tai Chen
  • 通讯作者:
    Tai Chen
Dual toroidal dipole resonances in a planar terahertz flexible metasurfaces
平面太赫兹柔性超表面中的双环形偶极子共振
  • DOI:
    10.1088/2053-1591/ab4491
  • 发表时间:
    2019-10
  • 期刊:
    Materials Research Express
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    Song Wang;Shuang Wang;Xiaoli Zhao;Jianyu Zhu;Shanshan Liu;Quan Li
  • 通讯作者:
    Quan Li
Switching of plasmonic resonances in multi-gap resonators at terahertz frequencies
太赫兹频率下多间隙谐振器中等离子体共振的切换
  • DOI:
    10.1088/2053-1591/ab8af7
  • 发表时间:
    2020-05
  • 期刊:
    Materials Research Express
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    Quan Li;Yuqi Luo;Shanshan Liu;Xiuming Li;Shuang Wang;Tai Chen
  • 通讯作者:
    Tai Chen

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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