一种基于TiNi形状记忆合金薄膜的可动态调控的多功能太赫兹超材料器件转让专利
申请号 : CN202011495226.5
文献号 : CN112701490B
文献日 : 2022-02-08
发明人 : 张琨 , 谭昌龙 , 刘娟 , 田晓华 , 黄跃武 , 赵文彬
申请人 : 哈尔滨理工大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种基于TiNi形状记忆合金薄膜的可动态调控的多功能太赫兹超材料器件,其特征在于基于TiNi形状记忆合金薄膜的可动态调控的多功能太赫兹超材料器件包括衬底(1)和开口谐振环结构薄膜层,所述开口谐振环结构薄膜层设置在衬底(1)上表面;所述开口谐振环结构薄膜层包括N×N个开口谐振环结构周期单元,所述开口谐振环结构周期单元包括一个单开口谐振环结构(2)和对称设置在单开口谐振环结构(2)开口处的两个可弯曲臂结构(3);所述单开口谐振环结构(2)为正方形;所述开口谐振环结构薄膜层的材质为TiNi形状记忆合金。
2.根据权利要求1所述的一种基于TiNi形状记忆合金薄膜的可动态调控的多功能太赫兹超材料器件,其特征在于所述衬底(1)为低掺杂高阻硅衬底,其厚度为5μm。
3.根据权利要求1所述的一种基于TiNi形状记忆合金薄膜的可动态调控的多功能太赫兹超材料器件,其特征在于所述开口谐振环结构薄膜层的材质为Ti48Ni52形状记忆合金。
4.根据权利要求1所述的一种基于TiNi形状记忆合金薄膜的可动态调控的多功能太赫兹超材料器件,其特征在于所述开口谐振环结构薄膜层的周期为50μm。
5.根据权利要求1所述的一种基于TiNi形状记忆合金薄膜的可动态调控的多功能太赫兹超材料器件,其特征在于所述单开口谐振环结构(2)的边长为40μm。
6.根据权利要求1所述的一种基于TiNi形状记忆合金薄膜的可动态调控的多功能太赫兹超材料器件,其特征在于所述单开口谐振环结构(2)的线宽为3μm。
7.根据权利要求1所述的一种基于TiNi形状记忆合金薄膜的可动态调控的多功能太赫兹超材料器件,其特征在于所述单开口谐振环结构(2)的厚度为40nm。
8.根据权利要求1所述的一种基于TiNi形状记忆合金薄膜的可动态调控的多功能太赫兹超材料器件,其特征在于所述对称设置在单开口谐振环结构(2)开口处的两个可弯曲臂结构(3)的间隙为0.2μm。
说明书 :
一种基于TiNi形状记忆合金薄膜的可动态调控的多功能太赫
兹超材料器件
技术领域
背景技术
度等特点,在物理化学、材料科学、生物医学、环境科学、安全检查、卫星通信等领域具有广
阔的应用前景。目前,太赫兹波与天然材料的相互作用极小,这直接导致缺乏天然材料来调
控太赫兹波。超材料(MMs)是一种由金属或介电材料亚波长微阵列组成的人工材料,由于其
奇异的电磁响应特性,为太赫兹波的调控提供了一种良好的解决方案。近年来,研究者利用
超材料在太赫兹开关、转换器、吸波器等方面进行了大量研究。以往基于超构材料的太赫兹
元器件均由金属材料构成,加工尺寸固定后,器件的功能在实际应用中便难以主动改变。因
此,发展主动调控的太赫兹元器件有着重要的研究意义。
的缺点是调制范围受到限制;基于结构变形作用的方法严重依赖于复杂结构,从而加工制
作复杂。此外,这些方法都局限于主动控制单一参数,从而导致当前研究的太赫兹主动调控
器件功能比较单一,即只能在单一外场下实现单一的功能。但单一功能难以适应当今技术
发展的要求。因此,在单一器件上,实现多物理场的调控,并实现对太赫兹波的多功能调控,
是当前太赫兹技术的发展前沿之一,也是实际应用的现实需求。
发明内容
料器件。
所述开口谐振环结构薄膜层包括N×N个开口谐振环结构周期单元,所述开口谐振环结构周
期单元包括一个单开口谐振环结构和对称设置在单开口谐振环结构开口处的两个可弯曲
臂结构;所述单开口谐振环结构为正方形。
现结构单元中材料性质的改变和宏观结构变化的组合,从而对超材料的电磁响应进行调
谐。
附图说明
器件在电导率为1.25×10S/m时的传输曲线变化图;
器件在电导率为5.25×10S/m时的传输曲线变化图;
器件在电导率为8.25×10S/m时的传输曲线变化图;
器件在电导率为1.25×10S/m时的传输曲线变化图;
2°,3表示4°,4表示6°,5表示8°,6表示10°;
5 6
10S/m和形变角度为0°;实线表示电导率为1.25×10S/m和形变角度为10°。
具体实施方式
口谐振环结构薄膜层设置在衬底1上表面;所述开口谐振环结构薄膜层包括N×N个开口谐
振环结构周期单元,所述开口谐振环结构周期单元包括一个单开口谐振环结构2和对称设
置在单开口谐振环结构2开口处的两个可弯曲臂结构3;所述单开口谐振环结构2为正方形。
领域得到了越来越广泛的应用。SMA的马氏体相变行为会导致两种不同的宏观效应:几何变
形和电阻、介电常数等性能的变化,这正好对应于对THz波的两种主动控制方式。SMA具有变
形大、灵敏度高、结构简单等优点。因此,在太赫兹MMs中引入记忆合金的策略不仅可以实现
对太赫兹波的多功能控制,而且有助于实现新的功能特性。
简单,加工方便,可在同一器件中实现性能优异的双带滤波器以及太赫兹开关的双重功能,
同时具备动态可调的性能,极大的满足了对太赫兹调控方面的应用要求。
合金薄膜悬臂梁的翘起角度,形成不同的重构状态;通过改变TiNi基形状记忆合金薄膜太
赫兹超材料的重构状态,可灵活调控太赫兹的吸收带宽、强度和频率。
忆合金超薄膜构成,工艺简单。
之一相同。
具体实施方式一至八之一相同。
述开口谐振环结构薄膜层包括N×N个开口谐振环结构周期单元,所述开口谐振环结构周期
单元包括一个单开口谐振环结构2和对称设置在单开口谐振环结构2开口处的两个可弯曲
臂结构3;所述单开口谐振环结构2为正方形。所述衬底1为低掺杂高阻硅衬底,其厚度为5μ
m;所述开口谐振环结构薄膜层的材质为Ti48Ni52形状记忆合金。
环的边长为l,本实施案例中为40μm;所述单开口谐振环结构2的线宽为t,本实施案例中为3
μm;单开口谐振环结构2的厚度为40nm。
候通过改变电导率可实现对基于TiNi形状记忆合金超材料的LC共振和偶极子共振的动态
调制。
1.23THz波的透射率为0.07;当电导率为5.25×10 S/m时,0.29THz波的透射率为0.41,
5
1.23THz波的透射率为0.06;当电导率为8.25×10 S/m时,0.29THz波的透射率为0..40,
6
1.23THz波的透射率为0.05;当电导率为1.25×10 S/m时,0.29THz波的透射率为0.39,
1.23THz波的透射率为0.05。
悬臂的角度θ发生改变,等效长度le’缩短进而导致开口大小由d变为d’,形成不同的重构结
构,通过改变基于TiNi形状记忆合金超材料结构,可灵活调控传输曲线的频率、带宽、振幅。
时,0.29THz波的透射率为0.43,1.23THz波的透射率为0.12;当TiNi形状记忆合金薄膜悬臂
梁的翘起角度为4°时,0.29THz波的透射率为0.5,1.23THz波的透射率为0.22;当TiNi形状
记忆合金薄膜悬臂梁的翘起角度为6°时,0.29THz波的透射率为0.56,1.23THz波的透射率
为0.33;当TiNi形状记忆合金薄膜悬臂梁的翘起角度为8°时,0.29THz波的透射率为0.58,
1.23THz波的透射率为0.47;当TiNi形状记忆合金薄膜悬臂梁的翘起角度为10°时,0.29THz
波的透射率为0.62,1.23THz波的透射率为0.5。
时改变的时候,使形状记忆合金超材料的电导率由1.25×10 S/m变化为1.25×10 S/m,同
时,可弯曲部分的弯曲角度从0°变为10°,传输曲线的两个谐振峰由0.29THz和1.23THz变化
到0.47THz和1.79THz,实现了对不同频率太赫兹波的透射和实时调控,因此利用TiNi形状
记忆合金超材料相变的,使动态调谐成为可能。
间的透射率相差一个数量级以上,具备优秀开关的基础。因此,在TiNi形状记忆合金超材料
中,实现了太赫兹调制的多功能性。