本发明涉及太赫兹材料，特别涉及一种可动态调控太赫兹波的石墨烯准晶超材料、制备方法及调控方法。
背景技术：
1、太赫兹是介于红外和微波之间的一段电磁波段，频率范围在0.1thz到10thz之间，波长为30μm到3000μm之间。太赫兹波光子能量低，1thz对应的光子能量只有4mev，远小于x射线的光子能量，对人体组织不会造成损伤，可以实现无损检测。相比于红外波段，太赫兹波频率低，对晶格和分子的振动模式非常敏感，是分子检测的重要手段。相比于微波，太赫兹波长短，将太赫兹应用于雷达领域，可以有效提升雷达分辨路。同时太赫兹带宽大，空间时间的分辨率高，可以很大程度上提高目前无线通讯速度，在未来6g超快通讯技术中有很好的应用前景。太赫兹技术的发展还需要大量配套的功能器件。现今，太赫兹的发展大大受制于关键器件匮乏这一现状，太赫兹超材料技术的应用可以实现对太赫兹波的有效调制，为核心器件的制备提供重要突破，推动太赫兹技术的发展。
2、太赫兹超材料的设计普遍遵循“结构-组分-功能”的三角关系，即需要综合考虑超材料中结构单元的形状、尺寸和排列方式，材料的组成元素及其固有物理特性，以及结构单元中共振耦合响应功能的协同作用。通过精确地调控这些因素，可以在太赫兹波段实现独特物理性能。太赫兹超材料结构通常是由金属导体来构建的，这是因为金属导体中的自由电子可以在电磁场下自由移动，对入射的电磁波具有强烈的响应。超材料结构中常见的基本亚波长结构为矩形、圆形、矩形环、圆环、菱形环等结构单元。在入射电磁波激励下，矩形、圆形等实心结构单元会产生局域等离子体共振，环状结构单元会产生环偶极子共振。通过将对这些亚波长结构单元的组合或其他特殊结构的建立，将其进行周期性排布，可以实现对太赫兹波诸多功能调控的器件。
3、在超材料周期结构设计中，准晶超材料是一种极为特殊的超材料结构。准晶，是一种介于晶体和非晶体之间的固体，它是由以色列物理学家达尼埃尔·舍特曼发现的，这种特殊的结构获得了2011年诺贝尔化学奖。准晶体具有特殊的物理性质，其晶体结构在一定的长程有序度，但是缺乏平移对称性的特性，常被拿来探索有序晶体和无序非晶体之间的特殊性能。准晶超材料相对于周期性超材料在对称阶数和倒戈矢量分布上具有更高的复杂性，导致在特定频率范围内表现出明显的共振耦合响应。目前该领域的研究限制于无源研究，而将准晶超材料与石墨烯器件进行结合，通过电场对准晶超材料表面石墨烯的费米能级进行调控，实现电导率调控与太赫兹强度、偏振态、相位等光调控的耦合，为研究石墨烯准晶超材料中的互反矢量和等离子体共振协同效应提供了创新性的方向。目前，关于实现主动式调控准晶超材料的研究尚未报道。
4、在cn201810118598.2中，提出了基于超材料的太赫兹带阻滤波器单元及太赫兹带阻滤波器。滤波器单元包括第一谐振器、第一介质层及第二谐振器；所述第一谐振器、所述第一介质层及所述第二谐振器依次层叠设置；所述第一谐振器为卍或卐字形片状结构,所述第二谐振器为卍或卐字形片状结构；所述第一谐振器与所述第二谐振器的结构相同,所述第一谐振器与所述第二谐振器的尺寸呈放缩比例关系。所制备的太赫兹带阻滤波器单元对太赫兹频段范围内的电磁波的入射方向不敏感,从而实现了宽角度入射,同时也起到拓宽可衰减或可反射的太赫兹频段范围的作用。上述现有技术存在如下技术缺陷：
5、(1)上述技术方案中无法实现响应频率的动态调控。
6、(2)上述技术方案中局限于一种单元结构，获得的响应品质因数较低。
7、(3)上述技术方案结构更加复杂。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供了一种可动态调控太赫兹波的石墨烯准晶超材料的设计方法，该准晶超材料可在太赫兹波照射下发生等离子体偶极共振，产生具有透射峰值的连续谱，并且通过对表面石墨烯电导率的电调控，可以实现透射峰值的调控。
2、本发明提供了一种可动态调控太赫兹波的石墨烯准晶超材料，其特征在于，其包括：
3、一层基于准晶超表面的微结构层即准晶超材料层，设置于高电阻硅基板上，所述准晶超材料层以五倍旋转对称的菱形环为基元，以彭罗斯平铺法排列在高电阻率的本征硅基底上；
4、一层绝缘介电层，设置于所述微结构层上；
5、一层石墨烯层，设置于所述绝缘介电层上，
6、两层电极分别设置于微结构层上和石墨烯层上，通过电压连续调节石墨烯费米能级来实现太赫兹透射峰值的调控。
7、进一步的是，所述准晶超材料层通过光刻工艺和电子束金属沉积制备，金属为金层和铬层；所述绝缘介电层为通过原子层沉积方法生长的三氧化二铝薄膜；所述石墨烯层为单层石墨烯，通过湿法转移的方式平铺在三氧化二铝绝缘介电层表面上。
8、进一步的是，所述准晶超材料层的金属为40nm金层和5nm铬层。
9、进一步的是，所述两层电极为：通过光刻方法在石墨烯层边缘制备一圈金边框，作为连接石墨烯的电极；准晶超材料层的外围金边框作为另外一处连接电极。
10、进一步的是，所述两层电极为源极和栅极，是通过光刻、显影、蒸镀、剥离的微纳加工工艺制备而成的金电极。
11、进一步的是，所述源极被置于绝缘介电层的底表面，栅极被置于石墨烯层的上表面。
12、进一步的是，由菱形环组成的五重旋转对称准晶超材料结构通过连续的平铺和扩展近似为十重旋转对称，数矢量分布近似圆形。
13、进一步的是，菱形环的尺寸为30μm；相邻菱形环的间距为5μm；胖菱形环的内角α＝72deg，瘦菱形环的内角β＝36deg；菱形环状金属线条的宽度为5μm。
14、本发明还提供了上述可动态调控太赫兹波的石墨烯准晶超材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
15、设计准晶超表面，构建出具有五重对称性的单元结构，进而构建出基于彭罗斯平铺法的准晶晶格结构框架，将五重对称结构单元添加到晶格格点位置，依照框架由内向外依次逐渐排布，得到准晶超表面；
16、将光刻胶旋涂到高电阻硅基板上，使用激光直写光刻技术曝光图案，显影，电子束蒸镀金属铬作为金属和硅基板的粘合层，继续在金属铬上方热蒸镀金属金，剥离后完成微结构层的制备；
17、通过常规湿法转移法将原子层沉积设备生长的三氧化二铝薄膜转移到超表面上，然后采用原子层沉积方法继续沉积三氧化二铝层作为栅极的绝缘电介质隔离层；
18、使用湿转移方法将采用铜催化化学气相沉积方法生长的单层石墨烯转移到绝缘介电层的上表面；
19、第一电极和第二电极均通过光刻、蒸镀、剥离方法制备得到，第一电极设计在绝缘介电层的底表面和微结构层的上表面，单层石墨烯的上表面连接到第二电极。
20、本发明还提供了上述可动态调控太赫兹波的石墨烯准晶超材料的调控方法，其特征在于，采用导电银浆将金电极与铜丝粘连到一起，引出电极，施加电压实现石墨烯费米能级的连续调控，从而改变石墨烯的电导率，与透射的太赫兹产生耦合从而实现对透过率峰值的调控。
21、与现有技术相比，本发明突破了传统超材料的设计方法。它将超材料的排列方式从传统的长程有序和短程有序组合，扩展到了介于晶体和非晶体之间的准晶结构。不再受限于传统周期性结构的束缚，并且通过对超材料表面石墨烯电导率的调控，可以实现对透过率峰值的精确调控。这一创新性的超材料结构在太赫兹领域具有广阔的应用前景，为未来的科研和技术发展提供了新的可能性，具有重要的意义。
1.一种可动态调控太赫兹波的石墨烯准晶超材料，其特征在于，其包括：
2.根据权利要求1所述的可动态调控太赫兹波的石墨烯准晶超材料，其特征在于，所述准晶超材料层通过光刻工艺和电子束金属沉积制备，金属为金层和铬层；所述绝缘介电层为通过原子层沉积方法生长的三氧化二铝薄膜；所述石墨烯层为单层石墨烯，通过湿法转移的方式平铺在三氧化二铝绝缘介电层表面上。
3.根据权利要求2所述的可动态调控太赫兹波的石墨烯准晶超材料，其特征在于，所述准晶超材料层的金属为40nm金层和5nm铬层。
4.根据权利要求1所述的可动态调控太赫兹波的石墨烯准晶超材料，其特征在于，所述两层电极为：通过光刻方法在石墨烯层边缘制备一圈金边框，作为连接石墨烯的电极；准晶超材料层的外围金边框作为另外一处连接电极。
5.根据权利要求1所述的可动态调控太赫兹波的石墨烯准晶超材料，其特征在于，所述两层电极为源极和栅极，是通过光刻、显影、蒸镀、剥离的微纳加工工艺制备而成的金电极。
6.根据权利要求5所述的可动态调控太赫兹波的石墨烯准晶超材料，其特征在于，所述源极被置于绝缘介电层的底表面，栅极被置于石墨烯层的上表面。
7.根据权利要求1所述的可动态调控太赫兹波的石墨烯准晶超材料，其特征在于，由菱形环组成的五重旋转对称准晶超材料结构通过连续的平铺和扩展近似为十重旋转对称，数矢量分布近似圆形。
8.根据权利要求1所述的可动态调控太赫兹波的石墨烯准晶超材料，其特征在于，菱形环的尺寸为30μm；相邻菱形环的间距为5μm；胖菱形环的内角α＝72deg，瘦菱形环的内角β＝36deg；菱形环状金属线条的宽度为5μm。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的可动态调控太赫兹波的石墨烯准晶超材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
10.一种产生可动态调控太赫兹波的调控方法，其特征在于，其使用权利要求1～8中任一项所述的可动态调控太赫兹波的石墨烯准晶超材料，采用导电银浆将金电极与铜丝粘连到一起，引出电极，施加电压实现石墨烯费米能级的连续调控，从而改变石墨烯的电导率，与透射的太赫兹产生耦合从而实现对透过率峰值的调控。
