近期，电子科技大学研究团队在《Laser & Photonics Reviews》上发表了一项重要成果：全球首个基于石墨烯的可编程透射超表面，实现了太赫兹频段超宽带、宽角度波束扫描与独立增益控制。该研究通过引入石墨烯-绝缘体-石墨烯异质结构替代传统离子凝胶门控，结合双谐振单元设计与镜像对称操作模式，成功解决了石墨烯在太赫兹调制中效率低、稳定性差、均匀性不足三大难题。实验表明，该超表面在187-250 GHz频段内实现了±45°波束扫描，相对带宽高达28.8%，同时支持动态增益调节，为6G通信、雷达隐身与智能波束赋形提供了全新的硬件平台。
图1.石墨烯可编程透射超表面示意图
该图展示了整体超表面的工作原理与结构组成：（a）GIG异质结构层状示意图，从上至下依次为顶部hBN、顶部石墨烯、Al₂O₃/SiO₂绝缘层、底部hBN与底部石墨烯；（b）超表面工作示意图，通过可编程电源控制各列单元状态，实现垂直极化太赫兹波向水平极化转换与波束偏转。插图显示单元的石墨烯图案几何结构，体现了其像素化编码控制能力。
图2.单元结构与GIG异质结构测试性能
（a）双谐振单元结构示意图，包含底部金属光栅、石英介质基板、顶部圆环缝隙与两个镜像分布的GIG异质结构；（b）单元内GIG结构布局，左右两侧GIG共享漏极，源极通过空气间隙隔离；（c）GIG表面阻抗测试环境；（d）石墨烯表面阻抗随栅压变化曲线，呈现典型的V形调控特性；（e）不同器件间石墨烯表面阻抗统计分布，显示其在接近电荷中性点时波动较大。
图3.超表面波束扫描性能实测结果
（a-c）为24×12阵列在0°、15°、30°波束指向下的编码图案与仿真辐射方向图；（d）制备完成的超表面实物与PCB控制电路照片，总规模达4,608个单元；（e-g）归一化增益与波束扫描性能测试结果，显示在187-250 GHz范围内实现±45°扫描，增益下降不超过6 dB，扫描精度高，误差小。
这项研究不仅推动了太赫兹超表面向实用化迈进，也为未来宽带通信与智能电磁系统提供了重要技术支撑。
https://doi.org/10.1002/lpor.202502428
Breaking the Bandwidth Barrier: Graphene-Driven Programmable Transmissive Metasurfaces Enable Ultra-Wideband Terahertz Beam Steering
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