超寬帶太赫茲波束操控新突破：石墨烯驅動可編程透射超表面亮相

　　近期，電子科技大學研究團隊在《Laser & Photonics Reviews》上發表了一項重要成果：全球首個基于石墨烯的可編程透射超表面，實現了太赫茲頻段超寬帶、寬角度波束掃描與獨立增益控制。該研究通過引入石墨烯-絕緣體-石墨烯異質結構替代傳統離子凝膠門控，結合雙諧振單元設計與鏡像對稱操作模式，成功解決了石墨烯在太赫茲調制中效率低、穩定性差、均勻性不足三大難題。實驗表明，該超表面在187-250 GHz頻段內實現了±45°波束掃描，相對帶寬高達28.8%，同時支持動態增益調節，為6G通信、雷達隱身與智能波束賦形提供了全新的硬件平臺。

圖1.石墨烯可編程透射超表面示意圖

　　該圖展示了整體超表面的工作原理與結構組成：（a）GIG異質結構層狀示意圖，從上至下依次為頂部hBN、頂部石墨烯、Al?O?/SiO?絕緣層、底部hBN與底部石墨烯；（b）超表面工作示意圖，通過可編程電源控制各列單元狀態，實現垂直極化太赫茲波向水平極化轉換與波束偏轉。插圖顯示單元的石墨烯圖案幾何結構，體現了其像素化編碼控制能力。

圖2.單元結構與GIG異質結構測試性能

　　（a）雙諧振單元結構示意圖，包含底部金屬光柵、石英介質基板、頂部圓環縫隙與兩個鏡像分布的GIG異質結構；（b）單元內GIG結構布局，左右兩側GIG共享漏極，源極通過空氣間隙隔離；（c）GIG表面阻抗測試環境；（d）石墨烯表面阻抗隨柵壓變化曲線，呈現典型的V形調控特性；（e）不同器件間石墨烯表面阻抗統計分布，顯示其在接近電荷中性點時波動較大。

圖3.超表面波束掃描性能實測結果

　　（a-c）為24×12陣列在0°、15°、30°波束指向下的編碼圖案與仿真輻射方向圖；（d）制備完成的超表面實物與PCB控制電路照片，總規模達4,608個單元；（e-g）歸一化增益與波束掃描性能測試結果，顯示在187-250 GHz范圍內實現±45°掃描，增益下降不超過6 dB，掃描精度高，誤差小。

　　這項研究不僅推動了太赫茲超表面向實用化邁進，也為未來寬帶通信與智能電磁系統提供了重要技術支撐。

來源：夜晶太赫茲樂園