连年来黑丝，有源超构名义（Metasurfaces）行为一种紧凑、轻佻、高效的调控平台出现，已成为电磁场和光学反馈动态调控的要害时期。关联词，由于材料的稀缺性和想象复杂性，有源超构名义后谈制造（post-fabrication）可调性关联的复杂性严重扫尾了其平淡应用，尤其是在中红外波段。

据麦姆斯商讨报谈，近日，由好意思国卡内基梅隆大学（Carnegie Mellon University）、麻省理工学院（MIT）和南加利福尼亚大学（University of Southern California）构成的策动团队通过实践展示了一种集成石墨烯场效应晶体管（Gr-FET）的电可编程等离子体超构名义结束的关联中红外放射的高动态、像素化调控。石墨烯的超宽带红外透明性使其大略平等离子体超构原子（meta-atoms）进行定制化调控，从而在宽波段的波长、观点和偏振范围内结束关联中红外放射。

Gr-FET产生的空间温度调控与金纳米天线局域名义等离子体（LSP）激元和准贯串域敛迹态（QBIC）对放射率的戒指形成有用协同作用。这种集成温度-放射率调控的超构名义被系统地彭胀成低串扰的像素化二维（2D）阵列，为密集罗列的孤独可寻址像素的可彭胀二维电气布线提供了先进方法。这项策动效果以“Electrically programmable pixelated coherent mid-infrared thermal emission”为题发表在Nature Communications期刊上。

这项策动想象并制造了由Gr-FET电脱手的像素化有源超构名义，如图1a所示。每个像素王人由金（Au）等离子体纳米天线阵列构成，这些纳米天线既不错平直与单层石墨烯通谈相连，也不错通过氧化铝（Al₂O₃）介电层离隔。石墨烯层历程图案化并被制酿成Gr-FET，其源极和漏极触点领受Au制成。该Gr-FET结构提供了可调控且可编程的焦耳加热通谈，用于休养超构名义的空间温度别离。此外，Gr-FET的源极/漏极和底栅电极历程进一步图案化，大略以可寻址像素化时势进行空间温度调控。

图1 像素化电可编程石墨烯集成等离子体超构名义的责任机制

随后，通过将像素化等离子体超构名义与Gr-FET集成，策动东谈主员建议了一种集成的放射率-温度决策，以主动调控超构名义在中红外波段的关联热放射。具体来说，Gr-FET可将加热位置精准涟漪到具有指定放射率的盘算像素超构名义。除了图1c中基于尺寸的谐振波长调控外，借助石墨烯红外透明性不错促进定制超构原子的放射率调控，这不错通过调谐Au纳米棒阵列的极化来进一步评释，关持续束如图2所示。

图2 基于LSP的单像素超构名义的模拟与实践

等离子体准贯串域敛迹态（P-QBIC）时势源于由两个反向传播的瑞利颠倒或面内衍射阶产生的理思贯串域敛迹态（BIC）时势，基于两个椭圆散射体，然后通过小倾角扰动结束在法向的远场放射。增强关联性的主要要素包括：（1）时势BIC特质扼制了放射通谈，大大进步了放射品性因子，从而改善了时辰关联性；（2）时势非局域特质松开面内波矢别离，从而进步了空间关联性。基于P-QBIC的单像素超构名义的模拟与实践如图3所示。

图3 基于P-QBIC的单像素超构名义的模拟与实践

此外，图3b中绿线（P-QBIC时势）在4.4 μm隔壁出现了较小的峰，对应于与P-QBIC时势正交极化上的另一LSP时势。单像素超构名义LSP与P-QBIC时势切换的模拟与实践间隔如图4所示。

图4 单像素超构名义LSP与P-QBIC切换的模拟与实践

由于石墨烯的半金属性质使其可通过静电门控对其载流子密度和沟谈电阻率进行微调，因此Gr-FET可结束可编程的空间温度调控。与领受固定电阻的传统金属加热比较，基于石墨烯的可调加热器不错更平直地彭胀到具有密集罗列、孤独戒指像素的大面积片上二维阵列，何况由于单层石墨烯的热质地接近于零，这种加热器有望结束高速调控，关联实践间隔图如图5所示。

图5 Gr-FET空间温度调控的实践演示

接着，策动东谈主员引入了可寻址的像素化有源超构名义，每个像素具有孤独的局部栅极，从而形成了具有休养放射的像素化二维阵列，关联测试间隔如图6所示。

图6 用于二维阵列清晰的可寻址像素化时势的实践演示

为了定量地了解通过像素扫描清晰动态红外图案的二维阵列上单像素的反馈速率，策动东谈主员对单像素器件进行了热瞬态模拟。瞬态单像素调控的模拟与实践如图7所示。

图7 瞬态单像素调控模拟与实践

固然这项策动见效地展示了愚弄Gr-FET阵列进行二维温度调控的可行性，但由于石墨烯像素晶体管无法透澈关闭，器件中仍会产生热串扰。为了处罚这一问题，策动东谈主员开辟了一种上拉（PU）晶体管架构行为低串扰的双栅极像素化阵列，关联实践间隔如图8所示。

图8 低串扰双栅像素化阵列的实践演示

要而论之，这项策动展示了一种集成Gr-FET的像素化电脱手等离子体超构名义，用于动态关联中红外放射调控。包括LSP和P-QBIC在内的等离子体纳米天线历程定制想象，再聚合石墨烯的超宽带红外透明性，结束了对不同关联景况的调控，包括共振波长、观点和偏振。通过将放射率戒指与Gr-FET空间温度调控网络合，结束了二维像素化高速动态调控黑丝，在低串扰下带宽约为146 kHz。通过对红外波段电磁反馈的高度动态调控，这项策动结束的集成石墨烯的有源超构名义在红外芯片实践室（lab-on-a-chip）、化学和生物传感、个性化健康监测以及便携式及时光束整形与转向等方面具有进犯应用价值。