Dispositivos não-recíprocos baseado em grafeno na região de THz
Circuladores; divisores de potências; dispositivos não recíprocos; grafeno; plasmons de superfície; THz.
Quatro novos tipos de dispositivos não-recíprocos baseados em grafeno operando na região de Terahertz, são sugeridos e analisados teoricamente neste trabalho. Sendo dois circuladores de três portas com geometria Y e W e dois divisores de potência com diferentes geometrias. A seção transversal dos componentes apresenta uma estrutura com três camadas, compostas de grafeno, sílica e silício. Os planos das figuras desses componentes consistem de um ressonador circular de grafeno e guias de ondas conectados a ele. O ressonador de grafeno é magnetizado normalmente em seu plano por um campo magnético DC externo, e o princípio físico de funcionamentos dos dispositivos é baseado na ressonância dipolar do ressonador de grafeno magnetizado. Utilizando a Teoria de Grupos Magnéticos, analisamos as matrizes de espalhamento dos componentes simétricos dos dispositivos. Além disso, para análise dos circuladores, a Teoria de Modos Acoplado Temporal Analítico também foi usada. Simulações numéricas foram realizadas por um programa computacional de onda completa e os cálculos demonstram níveis de isolamento melhores que – 15 dB, tanto para os circuladores, como para os divisores. O circulador Y apresentou perdas de inserção em torno de - 2,6 dB, largura de banda de 7,4 % na frequência central de 5,38 THz, enquanto que o circulador W demostrou perdas de inserção de – 2 dB, largura de banda de 4,5 % na frequência central de 7,5 THz. Os campos magnéticos DC de polarização nos dois casos foram de 0,45 T e 0,56 T, respectivamente. Os divisores de potência demostraram que a divisão do sinal entre as duas portas de saída é de – 5 dB com banda de frequência de 6% e polarização magnética de 0,8 T. A influência de parâmetros geométricos e físicos sobre as características dos circuladores é discutida. As bandas de frequência dos dispositivos podem ser controladas dinamicamente, alterando a tensão de polarização aplicada entre a camada de grafeno e o substrato.