阅读说明：本技术 一种双带可灵活选择性调控的石墨烯-金属槽超材料太赫兹慢光器件 (A kind of graphene-metallic channel Meta Materials Terahertz slower rays device of biobelt flexible choice regulation ) 是由 贺训军 王越 田玲 杨文龙 杨玉强 姜久兴 于 2019-09-04 设计创作，主要内容包括：一种双带可灵活选择性调控的石墨烯-金属槽超材料太赫兹慢光器件,涉及电磁与电磁波技术领域。本发明的目的是要解决现有的可调谐太赫兹EIT超材料慢光器件单工作频带,可调谐范围窄、结构和制备工艺复杂、激励方式所需外部设备繁琐、功能单一、可靠性低、活性材料可选范围窄以及线性属性小的问题。硅衬底层上设置有二氧化硅绝缘层,二氧化硅绝缘层上设置有周期性排列的图形化两石墨烯带结构,石墨烯带结构上设置有周期性排列的图形化金属槽结构,两石墨烯结构分别与第一金属电极Pad 1和第二金属电极Pad 2连接。本发明可获得一种双带可灵活选择性调控的石墨烯-金属槽超材料太赫兹慢光器件。(A kind of graphene-metallic channel Meta Materials Terahertz slower rays device of biobelt flexible choice regulation, is related to electromagnetism and electromagnetic wave technology field.The invention aims to solve existing tunable Terahertz EIT Meta Materials slower rays device list working band, tunable range is narrow, structure and preparation process are complicated, external equipment is cumbersome, has a single function, the problem that reliability is low, the optional narrow range of active material and linear properties are small needed for energisation mode.Silicon dioxide insulating layer is provided in silicon substrate layer, the graphical two graphene ribbons structure of periodic arrangement is provided on silicon dioxide insulating layer, the patterned metal slot structure of periodic arrangement is provided in graphene ribbon structure, two graphene-structureds are connect with the first metal electrode Pad 1 and the second metal electrode Pad 2 respectively.The present invention can get a kind of graphene-metallic channel Meta Materials Terahertz slower rays device of biobelt flexible choice regulation.)

一种双带可灵活选择性调控的石墨烯-金属槽超材料太赫兹 慢光器件

技术领域

本发明涉及电磁场与电磁波技术领域，具体涉及一种石墨烯-金属槽超材料的太赫兹慢光器件。

背景技术

电磁诱导透明(Electromagnetically Induced Transparency,EIT)是一种利用量子相干效应消除电磁波传播过程中介质影响的一种技术。它指的是通过加入一束强的电磁辐射(称做耦合光)的情况下,使一束频率和原子两个能级间的耦合频率接近的弱光，在通过介质时本应产生的吸收现象消失的技术。最初的EIT现象发现于三能级系统中，其中|1>为基态，|2>和|3>为激发态，当向介质发射一束探测光的时候，原子将从基态|1>激发到激发态|3>，发生跃迁。由于光被吸收，接收到探测光的强度将大大减弱甚至消失。当加入一束与激发态|2>和|3>的频率相近的耦合光时，使两个能级间发生强烈的耦合，以至于使激发态|3>的能级发生劈裂，形成两个能量相近的能态，称为缀饰态。此时，探测光入射时有相同的几率向这两个缀饰态进行跃迁，在跃迁时两跃迁几率幅会发生量子相消干涉，导致在共振频率处所检测到的探测光的吸收减小，甚至消失。此时，探测光可以通过介质传播，即为电磁诱导透明现象。

然而，原子系统的EIT现象受到稳定激光器和低温工作条件的限制，导致芯片级别的EIT现象难以实现。目前，在经典系统中所发现的类EIT现象受到了极大关注，如耦合谐振器和等离子结构等。由于Fano型线性破坏性引起的类EIT共振干扰，不需要实现量子间相消干涉所施加的实验条件，为EIT现象的实际应用提供了一种实现方式，尤其是基于超材料的等离子类EIT现象引起了关注，利用此现象可以研发出新型器件，如慢光器件和高灵敏传感器等。相比于原子间传统的EIT现象，超材料中的类EIT现象可通过不同的机制来实现，而使其更加容易调控，如：光学偶极子天线、闭合环谐振器和开口环谐振器等。由于EIT现象具有慢光效应，可借助超材料中类EIT现象的慢光效应来实现慢光器件，从而增强EIT现象的实际应用性。然而，当超材料结构单元的几何参数一旦确定，其性能将不可进行调谐和改变，大大地限制了其应用范围。因此，可调谐EIT超材料研究吸引了越来越多的关注，探究高效便捷的调谐方式成为了关注的焦点，使其在传感、吸收与非线性光学等领域有更广阔的应用前景。

目前，多种可调谐EIT超材料已被发现和报道，引起了人们广泛关注和兴趣。例如，2011年，南京大学的Jingbo Wu和Biaobing Jin等人提出两个基于超导体的平面可调谐太赫兹EIT超材料；2016年，天津大学的Quan Xu等人设计出一种基于半导体调谐的太赫兹EIT超材料；2016年，新加坡国立大学的Prakash Pitchappa提出了一种基于MEMS调谐的电磁诱导透明超材料；2017年，哈尔滨工业大学的Hang Su等人提出了一种基于液晶可调的EIT超表面开关。然而，由于超导体调谐所需要的温度范围较低，半导体调谐需要外加稳定泵浦光，MEMS技术的工艺复杂，可靠性低，液晶材料调谐不够灵活，难以获得完全偏振光；另外，当前可调谐EIT超材料多是单工作频带。这些缺陷给EIT超材料的实际应用带来很大的难度，限制了它的应用范围。

发明内容

本发明的目的是要解决现有的可调谐太赫兹EIT超材料慢光器件单工作频带，可调谐范围窄、结构和制备工艺复杂、激励方式所需外部设备繁琐、功能单一、可靠性低、活性材料可选范围窄以及线性属性小的问题，而提供一种双带可灵活选择性调控的石墨烯-金属槽超材料太赫兹慢光器件。

一种双带可灵活选择性调控的石墨烯-金属槽超材料太赫兹慢光器件，包括太赫兹慢光器件功能结构、二氧化硅绝缘层、硅衬底以及栅电极结构；所述太赫兹慢光器件功能结构由周期性排列的超材料结构单元组成，所述超材料结构单元由图形化金属槽结构和图形化两石墨烯带结构组成，图形化两石墨烯带结构上设置图形化金属槽结构；所述栅电极结构由第一金属电极Pad1和第二金属电极Pad2组成，所述的硅衬底上设置有二氧化硅绝缘层，二氧化硅绝缘层上设置有图形化两石墨烯带结构，所述图形化两石墨烯带结构是周期性排列；第一金属电极Pad1和第二金属电极Pad2分别设置在所述太赫兹慢光器件上端面的两侧，周期性排列的图形化两石墨烯带结构分别与第一金属电极Pad1和第二金属电极Pad2连接；

沿第一金属电极Pad1至第二金属电极Pad2方向，太赫兹慢光器件中的左侧石墨烯长条是由第一石墨烯带结构互连而成，并与第一金属电极Pad1连接形成第一电极；沿第二金属电极Pad2至第一金属电极Pad1方向，太赫兹慢光器件中对应的右侧石墨烯长条是由第二石墨烯带结构互连而成，并与第二金属电极Pad2连接形成第二电极；其中连接左侧石墨烯长条的金属线和连接右侧石墨烯长条的金属线不相连，第一电极和第二电极不同；

所述图形化金属槽结构由两对水平设置的金属槽和一个竖直设置的金属槽组成，所述两对水平设置的金属槽设置在竖直设置的金属槽的两侧，沿所述超材料结构单元中心线，两对水平设置的金属槽水平方向对称，垂直方向不对称；所述竖直设置的金属槽有一条沿槽中心线贯穿超材料结构单元的竖直缝隙；所述第一石墨烯带结构和第二石墨烯带结构的尺寸为长度相同和宽度不同，分别垂直设置在两对水平设置的金属槽下面，沿所述超材料结构单元的中心线，垂直设置的图形化两石墨烯带结构水平方向对称，垂直方向不对称；所述金属超材料结构相邻单元之间均有一条竖直的缝隙。

一种双带可灵活选择性调控的石墨烯-金属槽超材料太赫兹慢光器件的制备方法，按以下步骤完成：

一、衬底氧化：采用氧化工艺在低掺杂的高阻硅衬底上生长二氧化硅绝缘层，得到生长有二氧化硅绝缘层的硅衬底；

二、CVD法制备石墨烯：先用硝酸铁对铜箔衬底进行预处理，然后以甲烷为碳源，氩气和氢气分别作为保护和还原气体，在预处理后的铜箔衬底进行热处理生长石墨烯，得到待用石墨烯；

三、石墨烯衬底转移：在石墨烯表面旋涂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，然后将旋涂有PMMA的石墨烯置于氯化铁溶液中腐蚀铜箔衬底，得到腐蚀铜箔后的石墨烯，再将腐蚀铜箔后的石墨烯在去离子水中进行多次清洗，得到清洗后的石墨烯，最后用生长有二氧化硅绝缘层的硅衬底从去离子水中捞取石墨烯，并去除石墨烯上的PMMA和二次清洗处理，完成了将铜衬底上的石墨烯转移到生长有二氧化硅绝缘层的硅衬底上；

四、石墨烯图形化：采用机械旋涂法在转移到生长有二氧化硅绝缘层的硅衬底上的石墨烯表面旋涂光刻胶，然后将旋涂有光刻胶的石墨烯进行烘干，依次进行曝光、显影和定影，得到制备石墨烯带结构的图形化光刻胶掩膜，再采用氧等离子对光刻胶掩膜的石墨烯进行刻蚀，最后采用丙酮浸泡去除光刻胶并清洗，得到图形化石墨烯带结构；

五、金属图形化：在步骤四得到的图形化石墨烯结构表面先采用机械旋涂法旋涂光刻胶，依次进行曝光、显影和定影，得到制备图形化金属槽结构的图形化光刻胶掩膜，然后采用磁控溅射法在制备图形化金属槽结构的图形化光刻胶掩膜上淀积金属，最后再置于丙酮溶液中浸泡24小时剥离金属和去除光刻胶，得到图形化金属槽结构和栅电极结构，完成一种双带可灵活选择性调控的石墨烯-金属槽超材料太赫兹慢光器件的制备。

本发明的有益效果：

一、传统的太赫兹超材料是基于图形化的金属周期性排列，由于金属电导率固定不变，金属结构单元的结构参数一旦固定，所对应的谐振点与谐振方式也被固定，导致其工作频率与电磁特性被固定，不能灵活调控电磁特性；本发明一种双带可灵活选择性调控的石墨烯-金属槽超材料太赫兹慢光器件，通过在EIT超材料的结构单元中集成石墨烯结构，利用静电掺杂调节石墨烯的费米能，从而调谐石墨烯的电导率，实现对超材料电磁诱导透明窗口的灵活控制；

二、由于当前大多数EIT超材料均工作在单频段，而且不能调谐，极大地限制了EIT超材料的应用范围；本发明一种双带可灵活选择性调控的石墨烯-金属槽超材料太赫兹慢光器件，其金属超材料结构单元由两对水平设置的金属槽和一个竖直设置的金属槽组成，采用暗-明-暗电磁场耦合模式来实现两个透明窗口；并在此基础上，通过在两对水平设置的暗模式金属槽结构下面集成石墨烯带结构，静电掺杂调节石墨烯的费米能，可灵活调控两透明窗口的幅度和工作频率，增大EIT超材料的功能和应用范围。

三、由于传统光泵浦激励和热激励方式只能对整体结构进行全局调控，而不能实现局部选择性调控；本发明一种双带可灵活选择性调控的石墨烯-金属槽超材料太赫兹慢光器件采用两栅电极结构，而且超材料结构单元的边缘设置缝隙以及中央竖直镂空长条中央设置缝隙，目的是实现结构单元中两对水平设置的金属槽结构之间电隔离；通过性选择性地在栅电极和衬底之间加载电压，可对两石墨烯长条进行选择性电掺杂，调节石墨烯的费米能，从而实现对超材料的两个电磁诱导透明窗口幅度进行选择性灵活调控，形成不同的重构状态，可灵活调控电磁诱导反射窗口的幅度和群延迟，形成多种工作状态，既可进行单带调控，又可实现双带同时调控，也可实现双带不同步调控，扩大了工作范围，提高了实用性；

四、本发明一种双带可灵活选择性调控的石墨烯-金属槽超材料太赫兹慢光器件，由互补型超材料构成，通过在超材料的结构单元中集成石墨烯结构，电掺杂改变石墨烯的费米能，具有成本低廉、工艺简单、调谐容易等特点。本发明采用石墨烯集成在金属结构上构建太赫兹超材料慢光器件，通过静电掺杂调谐石墨烯长条的费米能，从而选择性控制石墨烯长条的电导率以及超材料结构单元中各元件之间的近场耦合特性，可选择地实现对慢光器件的电磁诱导透明峰的幅度和群延迟灵活控制。

本发明可获得一种双带可灵活选择性调控的石墨烯-金属槽超材料太赫兹慢光器件。

附图说明

图1为实施例一一种双带可灵活选择性调控的石墨烯-金属槽超材料太赫兹慢光器件的结构示意图；

图2为超材料结构单元的俯视图；

图3为沿图二虚线处的剖面图；

图4为左侧石墨烯长条费米能E_f1从0.1eV变为0.7eV，右侧石墨烯长条费米能E_f2为0.1eV时，在0.7THz到1.1THz频段的反射曲线的变化。

图5为左侧石墨烯长条费米能E_f1为0.1eV时，右侧石墨烯长条的费米能E_f2从0.1eV变为0.6eV时，在0.7THz到1.1THz频段的反射曲线变化。

图6为两侧石墨烯长条的费米能从(0.1eV and 0.08eV)变为(0.6eV and 1eV)时，反射曲线的变化；

图7为两侧石墨烯长条的费米能从(0.1eV and 0.08eV)变为(0.6eV and 1eV)时相位变化；

图8为两侧石墨烯长条的费米能从(0.1eV and 0.08eV)变为(0.6eV and 1eV)时群延迟变化。

其中，1为硅衬底，2为二氧化硅绝缘层，3为图形化两石墨烯带结构，3-1为第一石墨烯带结构，3-2为第二石墨烯带结构，4为图形化金属槽结构，5为第一金属电极Pad1，6为第二金属电极Pad2。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式一种双带可灵活选择性调控的石墨烯-金属槽超材料太赫兹慢光器件，其特征在于它包括太赫兹慢光器件功能结构、二氧化硅绝缘层2、硅衬底1以及栅电极结构；所述太赫兹慢光器件功能结构由周期性排列的超材料结构单元组成，所述超材料结构单元由图形化金属槽结构4和图形化两石墨烯带结构3组成，图形化两石墨烯带结构3上设置图形化金属槽结构4；所述栅电极结构由第一金属电极Pad1 5和第二金属电极Pad2 6组成，所述的硅衬底1上设置有二氧化硅绝缘层2，二氧化硅绝缘层2上设置有图形化两石墨烯带结构3，所述图形化两石墨烯带结构3是周期性排列；第一金属电极Pad1 5和第二金属电极Pad2 6分别设置在所述太赫兹慢光器件上端面的两侧，周期性排列的图形化两石墨烯带结构3分别与第一金属电极Pad1 5和第二金属电极Pad2 6连接；

沿第一金属电极Pad1 5至第二金属电极Pad2 6方向，太赫兹慢光器件中的左侧石墨烯长条是由第一石墨烯带结构3-1互连而成，并与第一金属电极Pad1 5连接形成第一电极；沿第二金属电极Pad2 6至第一金属电极Pad1 5方向，太赫兹慢光器件中对应的右侧石墨烯长条是由第二石墨烯带结构3-2互连而成，并与第二金属电极Pad2 6连接形成第二电极；其中连接左侧石墨烯长条的金属线和连接右侧石墨烯长条的金属线不相连，第一电极和第二电极不同；

所述图形化金属槽结构4由两对水平设置的金属槽和一个竖直设置的金属槽组成，所述两对水平设置的金属槽设置在竖直设置的金属槽的两侧，沿所述超材料结构单元中心线，两对水平设置的金属槽水平方向对称，垂直方向不对称；所述竖直设置的金属槽有一条沿槽中心线贯穿超材料结构单元的竖直缝隙；所述第一石墨烯带结构3-1和第二石墨烯带结构3-2的尺寸为长度相同和宽度不同，分别垂直设置在两对水平设置的金属槽下面，沿所述超材料结构单元的中心线，垂直设置的图形化两石墨烯带结构3水平方向对称，垂直方向不对称；所述金属超材料结构相邻单元之间均有一条竖直的缝隙。

本实施方式的有益效果：

一、传统的太赫兹超材料是基于图形化的金属周期性排列，由于金属电导率固定不变，金属结构单元的结构参数一旦固定，所对应的谐振点与谐振方式也被固定，导致其工作频率与电磁特性被固定，不能灵活调控电磁特性；本实施方式一种双带可灵活选择性调控的石墨烯-金属槽超材料太赫兹慢光器件，通过在EIT超材料的结构单元中集成石墨烯结构，利用静电掺杂调节石墨烯的费米能，从而调谐石墨烯的电导率，实现对超材料电磁诱导透明窗口的灵活控制；

二、由于当前大多数EIT超材料均工作在单频段，而且不能调谐，极大地限制了EIT超材料的应用范围；本实施方式一种双带可灵活选择性调控的石墨烯-金属槽超材料太赫兹慢光器件，其金属超材料结构单元由两对水平设置的金属槽和一个竖直设置的金属槽组成，采用暗-明-暗电磁场耦合模式来实现两个透明窗口；并在此基础上，通过在两对水平设置的暗模式金属槽结构下面集成石墨烯带结构，静电掺杂调节石墨烯的费米能，可灵活调控两透明窗口的幅度和工作频率，增大EIT超材料的功能和应用范围。

三、由于传统光泵浦激励和热激励方式只能对整体结构进行全局调控，而不能实现局部选择性调控；本实施方式一种双带可灵活选择性调控的石墨烯-金属槽超材料太赫兹慢光器件采用两栅电极结构，而且超材料结构单元的边缘设置缝隙以及中央竖直镂空长条中央设置缝隙，目的是实现结构单元中两对水平设置的金属槽结构之间电隔离；通过性选择性地在栅电极和衬底之间加载电压，可对两石墨烯长条进行选择性电掺杂，调节石墨烯的费米能，从而实现对超材料的两个电磁诱导透明窗口幅度进行选择性灵活调控，形成不同的重构状态，可灵活调控电磁诱导反射窗口的幅度和群延迟，形成多种工作状态，既可进行单带调控，又可实现双带同时调控，也可实现双带不同步调控，扩大了工作范围，提高了实用性；

四、本实施方式一种双带可灵活选择性调控的石墨烯-金属槽超材料太赫兹慢光器件，由互补型超材料构成，通过在超材料的结构单元中集成石墨烯结构，电掺杂改变石墨烯的费米能，具有成本低廉、工艺简单、调谐容易等特点。本实施方式采用石墨烯集成在金属结构上构建太赫兹超材料慢光器件，通过静电掺杂调谐石墨烯长条的费米能，从而选择性控制石墨烯长条的电导率以及超材料结构单元中各元件之间的近场耦合特性，可选择地实现对慢光器件的电磁诱导透明峰的幅度和群延迟灵活控制。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：所述硅衬底1的材质为低掺杂的高阻硅，所述图形化金属槽结构4的材质为Al、Cu或Au，厚度为0.2μm。

其他步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同点是：在第一电极Pad1和第二电极Pad2与硅衬底1之间加载电压V₁和V₂可静电掺杂调控石墨烯的费米能，通过控制两电极电压大小可灵活调谐两侧石墨烯长条的费米能，调节各元件的耦合强度；通过改变三元件间的耦合强度，可灵活调控太赫兹慢光器件电磁诱导透明窗口的幅度。

其他步骤与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：所述超材料结构单元为x方向单元长度P_x为300μm，y方向单元长度P_y为160μm，所述超材料结构单元两侧设置2μm的缝隙，所述超材料结构单元中心设置2μm的缝隙。

其他步骤与具体实施方式一至三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：一种双带可灵活选择性调控的石墨烯-金属槽超材料太赫兹慢光器件的制备方法，按以下步骤完成：

一、衬底氧化：采用氧化工艺在低掺杂的高阻硅衬底1上生长二氧化硅绝缘层2，得到生长有二氧化硅绝缘层2的硅衬底1；

二、CVD法制备石墨烯：先用硝酸铁对铜箔衬底进行预处理，然后以甲烷为碳源，氩气和氢气分别作为保护和还原气体，在预处理后的铜箔衬底进行热处理生长石墨烯，得到待用石墨烯；

三、石墨烯衬底转移：在石墨烯表面旋涂PMMA，然后将旋涂有PMMA的石墨烯置于氯化铁溶液中腐蚀铜箔衬底，得到腐蚀铜箔后的石墨烯，再将腐蚀铜箔后的石墨烯在去离子水中进行多次清洗，得到清洗后的石墨烯，最后用生长有二氧化硅绝缘层2的硅衬底1从去离子水中捞取石墨烯，并去除石墨烯上的PMMA和二次清洗处理，完成了将铜衬底上的石墨烯转移到生长有二氧化硅绝缘层2的硅衬底1上；

四、石墨烯图形化：采用机械旋涂法在转移到生长有二氧化硅绝缘层2的硅衬底1上的石墨烯表面旋涂光刻胶，然后将旋涂有光刻胶的石墨烯进行烘干，依次进行曝光、显影和定影，得到制备石墨烯带结构的光刻胶掩膜，再采用氧等离子对光刻胶掩膜的石墨烯进行刻蚀，最后采用丙酮浸泡去除光刻胶并清洗，得到图形化石墨烯带结构；

五、金属图形化：在步骤四得到的图形化石墨烯结构表面先采用机械旋涂法旋涂光刻胶，依次进行曝光、显影和定影，得到制备图形化金属槽结构4的图形化光刻胶掩膜，然后采用磁控溅射法在制备图形化金属槽结构4的图形化光刻胶掩膜上淀积金属，最后再置于丙酮溶液中浸泡24小时剥离金属和去除光刻胶，得到图形化金属槽结构4和栅电极结构，完成一种双带可灵活选择性调控的石墨烯-金属槽超材料太赫兹慢光器件的制备。

其他步骤与具体实施方式一至四相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤一中所述的氧化工艺为干法氧化工艺，所述干法氧化工艺是在高温下，硅和氧气反应生成二氧化硅。

其他步骤与具体实施方式一至五相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤二所述的热处理为，将预处理后的铜箔衬底加热至1050℃，然后将温度降至1000℃，再继续降温至室温。

其他步骤与具体实施方式一至六相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：步骤三中所述的清洗为，将腐蚀铜箔后的石墨烯置于去离子水中，多次清洗后，得到清洗后的石墨烯；步骤三中所述的衬底转移和二次清洗处理为，用氧化的硅片从去离子水的底部捞取清洗后的石墨烯，最后将捞取清洗后的石墨烯置于丙酮中浸泡去除PMMA，并用去离子水多次清洗，完成了将铜衬底上的石墨烯转移到二氧化硅绝缘层2上。

其他步骤与具体实施方式一至七相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：步骤四所述的机械旋涂法的步骤为；先以500r/min的转速旋涂20s，然后以4000r/min的转速旋涂60s，再以500r/min的转速旋涂20s。

其他步骤与具体实施方式一至八相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是：步骤五所述的采用磁控溅射法淀积金属，所述的金属为Al、Cu或Au，厚度为0.2μm。

其他步骤与具体实施方式一至九相同。

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例一：一种双带可灵活选择性调控的石墨烯-金属槽超材料太赫兹慢光器件，包括太赫兹慢光器件功能结构、二氧化硅绝缘层2、硅衬底1以及栅电极结构；所述太赫兹慢光器件功能结构由周期性排列的超材料结构单元组成，所述超材料结构单元由图形化金属槽结构4和图形化两石墨烯带结构3组成，图形化两石墨烯带结构3上设置图形化金属槽结构4；所述栅电极结构由第一金属电极Pad1 5和第二金属电极Pad2 6组成，所述的硅衬底1上设置有二氧化硅绝缘层2，二氧化硅绝缘层2上设置有图形化两石墨烯带结构3，所述图形化两石墨烯带结构3是周期性排列；第一金属电极Pad1 5和第二金属电极Pad2 6分别设置在所述太赫兹慢光器件上端面的两侧，周期性排列的图形化两石墨烯带结构3分别与第一金属电极Pad1 5和第二金属电极Pad2 6连接；所述硅衬底1的材质为低掺杂的高阻硅，图形化金属槽结构4的材质为Al，厚度为0.1μm；

沿第一金属电极Pad1 5至第二金属电极Pad2 6方向，太赫兹慢光器件中的左侧石墨烯长条是由第一石墨烯带结构3-1互连而成，并与第一金属电极Pad1 5连接形成第一电极；沿第二金属电极Pad2 6至第一金属电极Pad1 5方向，太赫兹慢光器件中对应的右侧石墨烯长条是由第二石墨烯带结构3-2互连而成，并与第二金属电极Pad2 6连接形成第二电极；其中连接左侧石墨烯长条的金属线和连接右侧石墨烯长条的金属线不相连，第一电极和第二电极不同；

所述图形化金属槽结构4由两对水平设置的金属槽和一个竖直设置的金属槽组成，所述两对水平设置的金属槽设置在竖直设置的金属槽的两侧，沿所述超材料结构单元中心线，两对水平设置的金属槽水平方向对称，垂直方向不对称；所述竖直设置的金属槽有一条沿槽中心线贯穿超材料结构单元的竖直缝隙；所述第一石墨烯带结构3-1和第二石墨烯带结构3-2的尺寸为长度相同和宽度不同，分别垂直设置在两对水平设置的金属槽下面，沿所述超材料结构单元的中心线，垂直设置的图形化两石墨烯带结构3水平方向对称，垂直方向不对称；所述金属超材料结构相邻单元之间均有一条竖直的缝隙。

在第一电极Pad1和第二电极Pad2与硅衬底1之间加载电压V₁和V₂可静电掺杂调控石墨烯的费米能，通过控制两电极电压大小可灵活调谐两侧石墨烯长条的费米能，调节各元件的耦合强度；通过改变三元件间的耦合强度，可灵活调控太赫兹慢光器件电磁诱导透明窗口的幅度。

所述超材料结构单元为x方向单元长度P_x为300μm，y方向单元长度P_y为160μm，所述超材料结构单元两侧设置2μm的缝隙，所述超材料结构单元中心设置2μm的缝隙。

如图4所述，所述左侧石墨烯费米能级E_f1，通过V₁连接Pad1进行电掺杂，所述右侧石墨烯费米能级为E_f2，通过V₂连接Pad2进行电掺杂；当单独改变左侧石墨烯费米能级E_f1，右侧石墨烯费米E_f2固定为0.1eV，可灵活控制低频段EIT窗口的幅度。谐振点位于0.870THz，在左侧石墨烯费米能从0.1eV变为0.7eV时，透明峰的幅度由0.755降到0.461。

如图5所示，所述左侧石墨烯费米能E_f1，通过V₁连接Pad1进行电掺杂，所述右侧石墨烯费米能为E_f2，通过V₂连接Pad2进行电掺杂；当固定左侧石墨烯费米能E_f1为0.1eV，单独改变右侧石墨烯费米能E_f2，可灵活控制高频段EIT窗口的幅度。谐振点位于0.947THz在右侧费米能从0.1eV变为0.6eV时，透明峰的幅度由0.733变为0.509。

如图6～8所示，当两侧的石墨烯费米能从0.1eV and 0.08eV变为0.6eV and 1eV，在频率为0.866THz和0.945THz时，慢光器件两个的电磁诱导透明峰分别由0.764和0.771变为0.527和0.548，当两侧石墨烯长条从0.1eV and 0.08eV变为0.6eV and 1eV，慢光器件的群延迟峰值由1.94139ps变为0.53097ps。

实施例二：一种双带可灵活选择性调控的石墨烯-金属槽超材料太赫兹慢光器件的制备方法，按以下步骤完成：

一、衬底氧化：采用氧化工艺在低掺杂的高阻硅衬底1上生长二氧化硅绝缘层2，得到生长有二氧化硅绝缘层2的硅衬底1；

二、CVD法制备石墨烯：先用硝酸铁对铜箔衬底进行预处理，然后以甲烷为碳源，氩气和氢气分别作为保护和还原气体，在预处理后的铜箔衬底进行热处理生长石墨烯，得到待用石墨烯；

三、石墨烯衬底转移：在石墨烯表面PMMA，然后将旋涂有PMMA的石墨烯置于氯化铁溶液中腐蚀铜箔衬底，得到腐蚀铜箔后的石墨烯，再将腐蚀铜箔后的石墨烯在去离子水中进行多次清洗，得到清洗后的石墨烯，最后用生长有二氧化硅绝缘层2的硅衬底1从去离子水中捞取石墨烯，并去除石墨烯上的PMMA和二次清洗处理，完成将铜衬底上的石墨烯转移到生长有二氧化硅绝缘层2的硅衬底1上；

四、石墨烯图形化：采用机械旋涂法在转移到生长有二氧化硅绝缘层2的硅衬底1上的石墨烯表面旋涂光刻胶，然后将旋涂有光刻胶的石墨烯进行烘干，依次进行曝光、显影和定影，得到制备石墨烯带结构的图形化光刻胶掩膜，再采用氧等离子对光刻胶掩膜的石墨烯进行刻蚀，最后采用丙酮浸泡去除光刻胶并清洗，得到图形化石墨烯带结构；

五、金属图形化：在步骤四得到的图形化石墨烯结构表面先采用机械旋涂法旋涂光刻胶，依次进行曝光、显影和定影，得到制备图形化金属槽结构4的图形化光刻胶掩膜，然后采用磁控溅射法在制备图形化金属槽结构4的图形化光刻胶掩膜上淀积金属，最后再置于丙酮溶液中浸泡24小时剥离金属和去除光刻胶，得到图形化金属槽结构4和栅电极结构，完成一种双带可灵活选择性调控的石墨烯-金属槽超材料太赫兹慢光器件的制备；

步骤一中所述的氧化工艺为干法氧化工艺，所述干法氧化工艺是在高温下，硅和氧气反应生成二氧化硅；步骤二所述的热处理为，将预处理后的铜箔衬底加热至1050℃，然后将温度降至1000℃，再继续降温至室温；步骤三中所述的清洗为，将腐蚀铜箔后的石墨烯置于去离子水中，多次清洗后，得到清洗后的石墨烯；步骤三中所述的衬底转移和二次清洗处理为，用生长有二氧化硅绝缘层2的硅衬底1从去离子水的底部捞取清洗后的石墨烯，最后将捞取的清洗后的石墨烯置于丙酮中浸泡去除PMMA，并用去离子水多次清洗，完成了将铜衬底上的石墨烯转移到二氧化硅绝缘层2上；步骤五所述的采用磁控溅射法淀积金属，所述的金属为Al，厚度为0.2μm。