مطالعهصی جذب افزایش یافته در ساختارهای گرافن پایه
عنوان اصلي به زبان ديگر
Based Structures-Study of Enhanced Absorption in Graphene
نام نخستين پديدآور
/آرزو رشیدی
وضعیت نشر و پخش و غیره
نام ناشر، پخش کننده و غيره
: دانشکده فیزیک
تاریخ نشرو بخش و غیره
، ۱۳۹۷
مشخصات ظاهری
نام خاص و کميت اثر
۱۰۹ص
يادداشت کلی
متن يادداشت
زبان چکیده: استاد راهنما
یادداشتهای مربوط به نشر، بخش و غیره
متن يادداشت
چاپی
یادداشتهای مربوط به پایان نامه ها
جزئيات پايان نامه و نوع درجه آن
دکتری
نظم درجات
رشته فیزیک-لیزر
زمان اعطا مدرک
۱۳۹۱/۰۶/۱۹
کسي که مدرک را اعطا کرده
دانشگاه تبریز
یادداشتهای مربوط به خلاصه یا چکیده
متن يادداشت
گرافن یک مادهصی شگفتصانگیز با ویژگیصهای الکتریکی و نوری منحصر به فرد است که آن را کاندیدای مناسبی برای بسیاری از کاربردهای فوتونی و اپتوالکترونیکی میصسازد .با این حال، جذب نوری ضعیف گرافن، کاربردهای بالقوهصی آن را در ابزارهای اپتوالکترونیکی فعال مبنی بر گرافن که در آنها جذب بالا مرجح است، محدود میصکند .بنابراین، در این رساله به مطالعهصی جذب افزایش یافته و امکان کوکصپذیری آن در ساختارهای لایهصای یک بعدی مبنی بر گرافن، پرداخته میصشود .در این مطالعات، محاسبات عددی با استفاده از روش ماتریس انتقال در نرم افزار متلب انجام شده است .در مرحلهصی اول، با قرار دادن یک لایهصی الکترواپتیکی از جنس لیتیم نیوبات به عنوان نقص در بلورهای فوتونی که در آن ورقهصهای گرافن بین لایهصهای دیصالکتریک مجاور قرار گرفتهصاند، به مطالعهصی امکان افزایش جذب و کوکصپذیری آن با استفاده از اثر الکترواپتیکی در ناحیهصی طیفی مادون قرمز نزدیک پرداخته شده است .وابستگی ضریب شکست لیتیم نیوبات به ولتاژ، شیوهصای را برای کوکصپذیری طول موج قلهصی جذب فراهم میصآورد طوریصکه طول موج قله با افزایش ولتاژ خارجی اعمالی، انتقال به آبی را تجربه میصکند .بعلاوه، با تغییر ضخامت لیتیم نیوبات، امکان حصول چندین طول موج قله نیز وجود دارد .در مرحلهصی بعد، توجهمان را به امکان کوکصپذیری دمایی جذب در یک کاواک هیبرید مبتنی بر گرافن در منطقهصی مرئی طیف معطوف میصکنیم .در طول موج قلهصی جذب، انتقال به سرخ مشاهده میصشود که در اثر افزایش دما القا میصشود .این وابستگی دمایی از اثر انبساط حرارتی و اثر ترمواپتیکی لایهصهای سازندهصی ساختار نشأت میصگیرد .بعلاوه، افزایش دما میصتواند جذب را در برخی پتانسیلصهای شیمیایی، تحت تابش خاص نور نیز بهبود بخشد .در مرحلهصی پایانی، به افزایش جذب تراهرتز در حضور اثر مگنتواپتیکی پرداخته شده است .لایهصهاصی گرافن- SiCرا به عنوان نقص سطحی بر بالای بلور فوتونی یک بعدی قرار می-دهیم .پاسخ الکترونصها به میدان مغناطیسی، برای گرافن رشد یافته بر روی سطح منتهی به سیلیکون ازSiC ، بخاطر سطح آلایش بالا در گرافن در حوزهصی شبه کلاسیکی و برای گرافن رشد یافته بر روی سطح منتهی به کربن از SiC که منجر به سطح آلایش پایین در گرافن میصشود، در رژیم کوانتومی بحث میصگردد .نتایج نشانگر جذب حساس به حالت قطبش دایروی است .به عبارت دیگر، دوفامی دایروی مغناطیسی ظاهر میصشود .همچنین، امکان افزایش جذب ساختار با تنظیم میدان مغناطیسی خارجی اعمالی برای حالت خاصی از قطبش دایروی فراهم میصشود .با اینصحال، جذب افزایش یافته در رژیم کوانتومی، در مقایسه با مورد شبه کلاسیکی، میصتواند در میدانصهای مغناطیسی نسبتا پایینصتر حاصل صشود .بعلاوه، نتایج حاصله از بررسی شبه کلاسیکی نشانصدهندهصی این است که رفتارهای جذب نور دایروی راستگرد و چپگرد با وارون کردن جهت میدان مغناطیسی، با یکدیگر جابجا میصشوند .همچنین، رفتارهای جذب تراهرتز گرافن تک لایه که بر بالای یک شبه بلور دو دورهصای یک بعدی جای گرفته است، نیز در حضور میدان مغناطیسی عمود خارجی مطالعه شده است .جذب پهن باند بدست میصآید که قلهصاش میصتواند با افزایش میدان مغناطیسی اعمالی برای حالت خاصی از قطبش دایروی، افزایش و برای حالت دیگر قطبش دایروی کاهش صیابد .جالب اینکه، رفتار جذب به نوع آلایش گرافن نیز حساس است طوریصکه، جذب افزایش یافتهصص در ساختار برای نور قطبیدهصی دایروی چپگرد و راستصگرد، به ترتیب در آلایش حفره و الکترون حاصل میصشود .این ویژگیصها میصتوانند برای طراحی جاذبصهای تراهرتز گرافن پایهصی کوکصپذیر بکار برده شوند .لازم به ذکر است که در این مطالعات، کوکصپذیری جذب از طریق پاسخ الکترواپتیکی گرافن نیز با جزئیات مورد بحث قرار گرفته است که نتایج حاصله نشانگر امکان افزایش جذب ساختار از طریق تنظیم پتانسیل شیمیایی ورقهصهای گرافن است
متن يادداشت
Graphene is an amazing material with unique electrical and optical properties which make it an appropriate candidate for many photonic and optoelectronic applications. However, weak optical absorption of graphene limits its potential applications in graphene-based active optoelectronic devices in which high absorption is preferable. Therefore, in this thesis, enhanced absorption and its tunable possibility in one-dimensional (1D) graphene-based layered structures are studied. The numerical calculations have been done using transfer matrix method in MATLAB software. At first stage, by integrating an electro-optical (EO) material LiNbO3 as a defect layer, we prepare graphene-based photonic crystals (PCs), in which the graphene sheets are embedded between adjacent dielectric layers. The possibility of enhancement of absorption and its tuning using EO effect has been investigated in the near-infrared spectrum range. The voltage dependent refractive index of LiNbO3 layer provides a way for peak wavelength tunability of absorption. Our investigations show that the peak wavelength is blue-shifted by increasing the applied external voltage. Moreover, it is possible to achieve multi-peak by varying the thickness of LiNbO3 defect layer. In the next stage, we focus on the temperature tuning possibility of absorption in a graphene-based hybrid cavity in the visible wavelength range. The temperature-induced wavelength shift is revealed in the absorption spectra in which the peak wavelength is red-shifted by increasing the temperature. This temperature dependence comes from the thermal expansion and thermo-optical effects in the constituent layers of the structure. Moreover, increasing the temperature can also boost absorption in some chemical potentials under certain angles of incidence. At final stage, THz absorption enhancement is investigated in the presence of magneto-optical effect. We place graphene-SiC layers on top of a 1DPC as a surface defect. The response of electrons to the magnetic field is inspected in the quasi-classical (quantum) regime, due to the high (low) doping level of graphene grown on the Si- (C-) terminated surface of SiC. The results indicate circular-polarization- (CP-) sensitive absorption. In other words, magnetic circular dichroism is revealed. Also, it is possible to reach absorption enhancement in the structure through adjusting the external magnetic field for certain states of CP. However, the enhanced absorption in the quantum regime can be achieved at low magnetic fields compared with the quasi-classical case. Moreover, the quasi-classical investigations show that the absorption behaviors of right-handed circularly polarized (RCP) light and left-handed circularly polarized (LCP) light interchange by changing the direction of the magnetic filed. Also, the THz absorption behaviors of a graphene monolayer placed on top of a 1D double-periodic (D-P) quasi-crystal, are studied in the presence of perpendicular magnetostatic bias. The wide-band absorption is obtained and its peak can be enhanced by increasing the applied magnetic field for a certain CP state, while it decreases for another state of CP. Interestingly, the absorption behaviors are sensitive to the type of doping in graphene, so that the enhanced absorption in the structure is achieved for the LCP and RCP light in the hole- and electron- doping, respectively. These properties can be employed in designing tunable graphene-based THz absorbers. It should be noted that in these studies, tuning the absorption using the electro-optical response of graphene is also discussed in detail. The results indicate the possibility of absorption enhancement in the structure via adjusting the chemical potential of graphene sheets
عنوان اصلی به زبان دیگر
عنوان اصلي به زبان ديگر
Based Structures-Study of Enhanced Absorption in Graphene
نام شخص به منزله سر شناسه - (مسئولیت معنوی درجه اول )