Electrically Tunable Metasurface with Independent Frequency and Amplitude Modulations

静脉曲张 太赫兹辐射 光电子学 电容 石墨烯 电阻抗 二极管 微波食品加热 反射(计算机编程) 材料科学 等效阻抗变换 物理 纳米技术 计算机科学 电信 电极 量子力学 程序设计语言
作者
Jin Zhang,Xingzhan Wei,Ivan D. Rukhlenko,Hou-Tong Chen,Weiren Zhu
出处
期刊:ACS Photonics [American Chemical Society]
卷期号:7 (1): 265-271 被引量:211
标识
DOI:10.1021/acsphotonics.9b01532
摘要

Metasurfaces with actively tunable features are highly demanded for advanced applications in electronic and electromagnetic systems. However, realizing independent dual-tunability remains challenging and requires more efforts. In this paper, we present an active metasurface where the magnitude and frequency of the resonant absorption can be continuously and independently tuned through application of voltage biases. Such a dual-tunability is accomplished at microwave frequencies by combining a varactor-loaded high-impedance surface and a graphene-based sandwich structure. By electrically controlling the Fermi energy of graphene and the capacitance of varactor diodes, we experimentally demonstrate the independent shifting of the working frequency from 3.41 to 4.55 GHz and tuning of the reflection amplitude between −3 and −30 dB, which is in excellent agreement with full-wave numerical simulations. We further employed an equivalent lumped circuit model to elucidate the mechanism of the dual-tunability resulting from the graphene-based sandwich structure and the active high-impedance surface. We speculate that such a dual-tunability scheme can be potentially extended to terahertz and optical regimes by employing different active/dynamical tuning methods and materials integration, thereby enabling a variety of practical applications.
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