عنوان

پلاسمون های سطحی مغناطیسی در ساختارهای متشکل از مواد مغناطواپتیکی و گرافن,‮‭Magneto surface plasmons in the structures composed of magneto-optical materials and graphene‬

Number

‭۲۲۸۸۳پ‬

.Language of Text, Soundtrack etc

per

Title Proper

پلاسمون های سطحی مغناطیسی در ساختارهای متشکل از مواد مغناطواپتیکی و گرافن

Parallel Title Proper

‮‭Magneto surface plasmons in the structures composed of magneto-optical materials and graphene‬

First Statement of Responsibility

/زهرا عابدینی امین‌صآباد

Name of Publisher, Distributor, etc.

: فیزیک

Date of Publication, Distribution, etc.

، ‮‭۱۳۹۷‬

Name of Manufacturer

، راشدی

Specific Material Designation and Extent of Item

‮‭۱۱۴‬ص‬

Text of Note

چاپی - الکترونیکی

Dissertation or thesis details and type of degree

دکتری

Discipline of degree

فیزیک گرایش ماده چگال

Date of degree

‮‭۱۳۹۸/۱۱/۱۳‬

Body granting the degree

تبریز

Text of Note

پلاسمون‌صهای سطحی امواج الکترومغناطیسی هستند که در سطح مشترک فلز و دی‌صالکتریک منتشر می‌صشوند و در راستای عمود بر سطح مشترک جایگزیده هستند و این منجر به افزایش چشمگیر میدان‌صهای الکترومغناطیسی در ناحیه‌صای از مقیاس نانو در نزدیکی سطح مشترک می‌صشود که این موجب شکستن حد پراش و پیشرفت در زمینه‌صهای کاربردی مختلفی شده است .برای استفاده بهینه از پلاسمون‌صهای سطحی، می‌صتوان از میدان مغناطیسی برای تنظیم و تغییر خواص پلاسمون‌صهای سطحی استفاده کرد .برای مشاهده اثرات مغناطواپتیکی در فلزات گرانبها نیاز به میدان‌صهای مغناطیسی خارجی بسیار بزرگ است .به‌صهمین دلیل در ناحیه تراهرتز اغلب نیمرساناهای آلاییده همانند ‮‭InSb‬ به‌صعنوان مواد پلاسمونی به جای فلزات به‌صکار می‌صروند که در این مواد مشاهده آثار مغناطواپتیکی حتی با میدان‌صهای مغناطیسی از مرتبه یک تسلا میسر است .با توجه به حرکت سیکلوترونی الکترون در حضور میدان مغناطیسی، خصوصیات اصلی پلاسمون های سطحی تغییر می‌صکنند که به این پلاسمون‌صصها، پلاسمون‌صهای مغناطیسی سطحی ‮‭(SMPs)‬ می‌صگویند .یک ویژگی مهم ‮‭SMPs‬ در ساختارهای نامتقارن این است که آن‌صها رفتاری غیروارن دارند بدین معنی که با فرکانس‌صهای متفاوت در جهت‌صهای راست و چپ منتشر می‌صشوند .با توجه به اینکه طول موج پلاسمون‌صهای سطحی گرافنی خیلی کوچکتر از طول موج پلاسمون‌صهای سطحی فلزات است، گرافن این پتانسیل را دارد که با استفاده از آن ادوات پلاسمونی مجتمع و تنظیم‌صپذیر ساخته بشوند .علاوه‌ص‍ براین، چون رسانایی اپتیکی گرافن در نواحی تراهرتز و مادون قرمز میانی رابطه‌صای شبیه رابطه درود دارد، گرافن نیز همچون فلزات توانایی پشتیبانی از پلاسمون‌صهای سطحی را دارد که موسوم به پلاسمون‌صهای سطحی گرافنی ‮‭(GSPs)‬ هستند .در این رساله، در مرحله اول به بررسی پلاسمون‌صهای سطحی در ساختار تک سطح مشترکی در ترکیب‌صبندی ویج پرداختیم که در آن گرافن بر روی یک لایه ‮‭InSb‬ قراردارد و از بالا در مجاورت هواست .معادله پاشندگی برای این سیستم بدست آورده و طیف پاشندگی رسم شد .طیف پاشندگی سیستم فاقد گرافن دارای دو شاخه با رفتار مجانبی است، در حالیکه در سیستم دارای گرافن، هیچ کدام از شاخه‌صهای طیف پاشندگی رفتار مجانبی ندارند .در مرحله دوم موجبر ‮‭InSb‬ -گرافن-هوا-گرافن- ‮‭InSb‬ در ترکیب‌صبندی ویج در باز طول موجی ‮‭۱۰‬ تا ‮‭۵۰‬ میکرومتر، مورد بررسی قرارگرفت .نتایج نشان می‌صدهند که به‌ص‍ دلیل حضور گرافن در سطوح مشترک، پلاسمون‌صهای سطحی در این سیستم بسیار جایگزیده هستند که این منجر به کاهش قابل توجه سایز موجبر شامل لایه‌صهای گرافن نسبت به موجبر فاقد لایه-های گرافن است .علاوه بر این، در موجبر مطرح شده، هیچ گونه انتشار یکسویه مشاهده نمی‌صگردد .این موجبر در دو حالت بررسی شد؛ در یک حالت میدان‌صهای مغناطیسی موازی و هم‌صجهت به دو لایه ‮‭InSb‬ اعمال شدند و در حالت دیگر، میدان‌صهای پادموازی اعمال شدند .بررسی‌صها نشان میدهند چنانچه میدان مغناطیسی به دو لایه ‮‭InSb‬ پادموازی باشند، میدان مغناطیسی بر روی مدهای منتشرشونده در جهت راست تأثیری ندارند، حال آنکه بر روی مدهای منتشر شونده در جهت چپ تأثیر می‌صگذارند .در مرحله سوم به‌صمنظور بررسی امکان اندرکنش ‮‭SMPs‬ و‮‭GSPs‬ ، موجبری با ساختار ‮‭InSb‬ -هوا-گرافن-دی‌صالکتریک مطرح و در ناحیه تراهرتز مطالعه شد .نتایج نشان‌ص‍ می‌صدهند که جفت‌صشدگی ‮‭SMPs‬ و ‮‭GSPs‬ موجب ظهور پلاسمون‌صهای آمیخته ‮‭(HSP)‬ می‌صشود که دارای خصوصیات جالبی هستند که میدان مغناطیسی، انرژی فرمی و عرض موجبر بر رفتار آن‌صها تأثیر می گذارد

Text of Note

m in Voigt configuration is studied. Based on results, presence of graphene leads to tightly confined SPs, consequently, waveguide with graphene layers has significantly small size compared to waveguide without graphene. Also, the dispersion curves of proposed waveguide do not have any one way region (a region in which SPs can only move in one direction). This waveguide are studied in two situations; in one, parallel magnetic fields are applied on both InSb layers, and in other, antiparallel magnetic fields are applied. Results show that when parallel magnetic fields are applied on both InSb layers, magnetic field does not effect on propagating modes in forward direction, whereas it effect on backward modes. Finally, to study the possibility of hybridization of SMPs and GSPs, we proposed a waveguide structure with magneto-optical and dielectric layers with an air spacer layer in which a sheet of graphene is inserted between the dielectric and air gap. It is found that surface magneto-plamons at the interface of air and magneto-optical material can interact with graphene surface plasmons which leads to the new type of hybrid plasmons. The coupled surface plasmons exhibit extraordinary and interesting properties. The coupling can be either tuned by external magnetic field, waveguide width, and the Fermi energy of graphene sheetإ Surface plasmons (SPs) are electromagnetic surface waves propagating at the interface between a dielectric and a metal which arise from the coupling of the electromagnetic fields and free electrons of the conductor. Such oscillations localize electromagnetic fields on the nanoscale near the interface, and leads to break diffraction limit, and new device opportunities in numerous areas of science. In order to use the full potential of the SPs, magnetic field is utilized to control and manipulate them. Noble metals, traditionally utilize as plasmonic material, but they need the extremely high magnetic eld to observe desirable MO properties. For viable magnetic field, usually doped semiconductors such as n-type InSb are utilized instead of metals in plasmonic devices. In this type of material, significant magneto-optical effects could be achieved at small magnetic field, a few Tesla. Appling an external magnetic field to materials such as metals and semiconductors modifies properties of SPs through Lorentz force, and it is known as surface magneto plasmons (SMPs). The SMPs have nonreciprocal property in the asymmetric structure. As graphene surface plasmone have a much smaller wavelength compared with metal-dielectric SPs, it can use to manufacture integrated plasmonic devices. Moreover, it is known that optical conductivity of graphene in THz and mid-IR regions dominantly follows a Drude-like expression, so graphene same as metals is capable of supporting surface plasmons referred to as graphene surface plasmons (GSPs). In this thesis, first, a system which consists of a graphene layer on a magneto-optical substrate and covered with air in Voigt configuration is investigated. The dispersion relation of surface plasmons is derived analytically and the dispersion diagram are plotted. Dispersion of the system without graphene layer, has two branches which have asymptotic behavior, while it is not observed in the system with graphene layer. Second, InSb/graphene/air/graphene/InSb waveguide in 10-50

Parallel Title

‮‭Magneto surface plasmons in the structures composed of magneto-optical materials and graphene‬

عابدینی‌امین‌آباد، زهرا

Abedini-Aminabad, Zahra

سلطانی، علی، استاد راهنما

بروستانی، جمال، استاد راهنما

Public note

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی