可重构石墨烯超表面对电磁波相位动态调控研究

Dynamically reconfigurable metasurfaces open up unprecedented opportunities in applications such as high capacity communications, dynamic beam shaping, and hyper spectral imaging, due to its free and dynamic manipulation of electromagnetic (EM) wave. However, the realization of dynamic reconfigurable metasurfaces remains a great challenge and has become a frontier and hotspot in the world. Recently, graphene, a 2D material has become a good candidate, because it has compactness, very short response time, good compatibility with silicon substrate, and especially electrically tunable conductivity at room temperature. This project plan to perform research as follows: fabrication and doping of graphene, and its sheet resistant measurement; highly efficient method to design reconfigurable graphene metasurfaces; theorem, numerical simulation and experiment verification of the dynamic manipulation of EM wave . Our work will be beneficial to develop mobile communication and radar technology with the application of graphene.

动态可重构超表面能对电磁波相位实现动态的控制，为高容量通信、动态波束控制以及超光谱成像等带来前所未有的发展机遇。然而，如何实现动态可重构超表面一直是摆在各国科研工作者面前的难题，也是当前国际研究的前沿和热点。石墨烯因其与硅基的兼容性好，平面集成性好，响应速度快，尤其是其电导率在室温下具有外加电压可调性，成为用于构建动态可重构超表面的热门选择。本项目拟从石墨烯超表面的加工、改性以及表面阻抗的测量，石墨烯超表面对电磁波相位调控的机理以及石墨烯超表面对电磁波控制效果的数值仿真与实验验证等方面入手，探索性地开展可重构石墨烯超表面对电磁波相位的动态调控的理论和实验研究，为石墨烯在移动通信、雷达技术的应用进行前期探索研究。

动态可重构超表面能对电磁波相位实现动态的控制，为高容量通信、动态波束控制以及超光谱成像等带来前所未有的发展机遇。石墨烯因其与硅基的兼容性好，平面集成性好，响应速度快，尤其是其电导率在室温下具有外加电压可调性，成为用于构建动态可重构超表面的热门选择。本项目从石墨烯超表面的加工、改性以及表面阻抗的测量，从石墨烯超表面对电磁波相位调控的机理以及石墨烯超表面对电磁波控制效果的数值仿真与实验验证等方面入手，在低THz波段对基于石墨烯的动态可重构超表面进行了理论研究，并在微波波段对基于石墨烯的动态可重构超表面进行了理论及实验，涵盖了如吸波器、波束控制、衰减器、极化控制等石墨烯器件，推动了石墨烯在相关研究领域的产业化及实用化进程。几名主要参研人员完成了题为《石墨烯对电磁波调控机理及应用研究》、《基于石墨烯的波束控制研究》、《石墨烯在可调光器件中的应用基础研究》、《基于石墨烯的可调衰减器和可调移相器的研究》、《微波段石墨烯电磁特性及应用研究》的博士学位论文，并取得博士学位。.总体而言，本项目的研究成果包括25篇SCI论文，7篇EI论文，20余篇专利，培养了中青年学术带头人（获国家杰出青年科学基金支持）一名，毕业博士5名。