本文研究了太赫茲(THz)金屬-石墨烯混合元傳感并實(shí)驗(yàn)證明其用于檢測象形圖水平的百菌清溶液。由于滴干農(nóng)藥在不同濃度下對石墨烯的費(fèi)米能級的調(diào)節(jié)，反射式THz強(qiáng)度可以在時間域和譜域進(jìn)行調(diào)制。此外，設(shè)計的超材料結(jié)構(gòu)在諧振頻率處支持環(huán)偶極子模態(tài)的激發(fā)。這些特性使檢測限低至100 pg mL
-1。因此，金屬-石墨烯雜化超材料結(jié)合環(huán)偶極諧振為開發(fā)超靈敏THz傳感器開辟了新途徑，在環(huán)境監(jiān)測和食品安全方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
圖1. (a)超材料陣列和單元格示意圖。(b)不含石墨烯和(c)含石墨烯的樣品顯微鏡圖像。插圖:石墨烯層的拉曼光譜。
圖2. (a)反射式THz光譜的實(shí)驗(yàn)設(shè)置。(b)百菌清溶液混合石墨烯-元傳感器示意圖。
圖3. (a)含/不含石墨烯的元傳感器的模擬反射光譜。(b)和(c)金屬-石墨烯混合元傳感器在1.111 THz處的模擬反射光譜和電場分布隨費(fèi)米能量(0-0.15 eV)的函數(shù)關(guān)系。
圖4. 農(nóng)藥傳感應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)測量。(a)和(b)為裸元傳感器的時域波和反射光譜。(c)和(d)為石墨烯涂層THz元傳感器的時域波和反射光譜。青色虛線為0 pg mL
-1時的模擬結(jié)果。
圖5. (a)測得的反射差
ΔR/
R0隨農(nóng)藥濃度的變化。共振頻率下超材料中產(chǎn)生的(b)表面電流密度和(c)磁場。
相關(guān)研究成果由江蘇大學(xué)微納光電子與太赫茲技術(shù)研究院Yunxia Ye和Xudong Ren等人于2022年發(fā)表在Optics Communications (https://doi.org/10.1016/j.optcom.2022.129025)上。原文：Tracing pictogram-level chlorothalonil pesticide based on terahertz metal–graphene hybrid metasensors。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
