Дифракция электромагнитных волн на многослойных графеновых метаповерхностях в терагерцовом диапазоне частот

Проведено математическое моделирование дифракции плоских электромагнитных волн на многослойных метаповерхностях из элементов нанолент графена на основе решения краевой трёхмерной задачи дифракции тремя методами: автономных блоков с каналами Флоке, объёмного интегро-дифференциального уравнения и приближённых граничных условий. Рассчитаны коэффициенты отражения, прохождения и поглощения волн s-, p-поляризации метаповерхностями из элементов прямоугольных нанолент графена в зависимости от частоты, а также угла падения для различных значений химического потенциала с учётом геометрических, размерных эффектов в терагерцовом диапазоне частот. Показано, что на частотах резонанса поверхностного плазмон-поляритона многослойные метаповерхности из двух графеновых полосок в элементарной ячейке на подложках, содержащих слои диэлектрика и графена, являются электрически управляемыми эффективными широкополосными терагерцовыми поглотителями и поляризаторами в режиме отражения, нечувствительными к углам падения.

На английском языке

Diffraction of Electromagnetic Waves by Multilayer Graphene Metasurfaces in the Terahertz Frequency Band

Lerer A.M.

Makeeva G.S.

Golovanov O.A.

We perform mathematical modeling of diffraction of plane electromagnetic waves by multilayer metasurfaces comprised by elements of graphene nanoribbons. The modeling is based on solving the three-dimensional boundary-value diffraction problem by three methods, specifically, those of self-contained units with Floquet channels, the volume integro-differential equation, and approximated boundary conditions. The coefficients of reflection, transmission, and absorption of s- and p-polarized waves by metasurfaces made of elements of rectangular graphene nanoribbons have been calculated as functions of the frequency, as well as the incidence angle, for various values of the chemical potential with allowance for the geometric and dimensional effects in the terahertz frequency band. It is shown that at the resonance frequencies of the surface plasmon polariton, multilayer metasurfaces comprised by two graphene strips in an elementary cell on substrates, which contain layers of a dielectric and graphene, are electrically controlled efficient wideband terahertz absorbers and polarizers in the reflection regime that are insensitive to incidence angles.