بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله، اثر وارونه کردن جهت میدان مغناطیسی بر جذب نوری در بلورهای مگنتوفوتونی گرافنی یک بعدی در منطقهی تراهرتز بررسی شده است. نتایج نشان میدهند که هنگامی که جهت میدان مغناطیسی معکوس میشود، خواص جذب قطبشهای دایروی راستگرد و چپگرد با یکدیگر جابجا میشوند؛ به طوری که برای هر یک از حالات قطبش میتوان به جذب افزایش یافته دست یافت. لذا، بر اساس این ویژگیها میتوان جاذب کوکپذیر حساس به قطبش دایروی طراحی نمود.
مقدمه
اثرات مگنتواپتیکی، توصیف کنندهی اندرکنش بین نور و مواد مغناطیسی بوده و نقش اساسی در فنآوریهایی مانند جدا کننده- های نوری و حسگرهای مغناطیسی ایفا میکنند .[1] بلورهای
مگنتوفوتونی –ساختارهای تناوبی فضایی که حداقل یکی از مؤلفه- های سازندهشان از لحاظ مغناطیسی قطبیده میباشند- نشان داده شده است که اثرات مگنتواپتیکی افزایش یافتهای دارند 2]،[3اخیراً. به صورت نظری و تجربی نشان داده شده است که گرافن میتواند کاندیدای مناسبی در مگنتو اپتیک باشد.
4]،.[5 دو مزیت مهم گرافن نسبت به سایر مواد عبارتند از: اولاً، برخلاف مواد مغناطیسی معمولی که در آنها گذردهی الکتریکی و پذیرفتاری مغناطیسی دی-الکتریک در فرکانس خاص، ثابت هستند، رسانندگی نوری گرافن به پتانسیل شیمیایی، بایاس مغناطیسی و دما حساس است [6] و این، اجازهی اثرات مگنتواپتیکی تنظیمپذیر را فراهم میسازددوماً،. گرافن دارای پاسخ الکترومغناطیسی در محدودهی فرکانسی نسبتاً پهنتری به ویژه در منطقهی تراهرتز میباشد. تراهرتز - که معمولا این مقاله به شرط در دسترس بودن در وبگاه www.psi.ir/?physics96 معتبر است.
برای محدودهی طول موجی 30 تا 3000 میکرومتر بکار میرود - ، به عنوان ناشناختهترین منطقهی طیف الکترومغناطیس، کاربردهای گستردهای در تصویربرداری زیستی، طیف سنجی در حوزهی زمان، حسگرهای با حساسیت بالا و ارتباطات با سرعت بالا دارد .[7] لازم به ذکر است که ویژگیهای منحصر به فرد گرافن مانند تحرکپذیری حامل بالا، طیف بدون گاف باند و جذب مستقل از فرکانس، بستر مناسبی را برای ابزارهای تراهرتز کارامد مانند جاذبهای نوری و فوتو آشکارسازها که چشم اندازهای خوشایند بعدی در تحقیقات گرافن میباشند، ارائه میکنند .[8] از طرف دیگر، جذب ضعیف گرافن محدودیتی را بر سر راه چنین ابزارهایی که در آنها جذب مؤثر نور نقش کلیدی را بازی میکند، فراهم میسازد. از اینروی ما در این مقاله، با در نظر گرفتن گرافن بر روی یک بلور فوتونی یکبعدی، اثر وارونه کردن جهت میدان مغناطیسی را بر جذب نوری بررسی و شرایطی را که جذب بالا حاصل میشود، شناسایی میکنیم.
فرمولبندی مسئله
نمایشی از ساختار مورد مطالعهمان در شکل 1 نشان داده شده است که در آن گرافن G رشد یافته روی پایانهی Si سیلیکون کربید، بر بالای بلور فوتونی یک بعدی - AB - 10 قرار گرفته است. لایههای A و B به ترتیب نمایشگر مواد غیر مغناطیسی Si و SiO2 با ضرایب شکست 3.3 و 2.25 میباشند. ضریب شکست SiC نیز برابر است با . 3.59 فرض شده است که تمام این مواد ضخامت ربع طول موج را دارا میباشند و طول موج طراحی نیز 70 میکرومتر انتخاب شده است.
بحثها و نتایج محاسبات
شکل 2، طیف جذب ساختار مذکور را در حالتی که هنوز هیچ میدان مغناطیسیای به آن اعمال نشده است، نشان میدهد. با توجه به شکل ملاحظه میشود که جذب بالایی در حدود 60% حاصل شده است که با توجه به اینکه بقیهی لایهها شفاف انتخاب شدهاند، تمام این جذب به تک لایهی گرافن نسبت داده میشود. حال میدان مغناطیسی 5 تسلا را یکبار در جهت انتشار نور - +z - و بار دیگر در جهت عکس آن - -z - به ساختارمان اعمال کرده و اثر آن این مقاله به شرط در دسترس بودن در وبگاه www.psi.ir/?physics96 معتبر است.
در شکل 3، طیف جذب این دو مؤلفه را برای - a - B=5 T و - b - B=-5 T نمایش دادهایم. همانطور که از شکل - a - هم پیدا است، برای نور LCP جذب بالایی نسبت به نور RCP حاصل میشود؛ درحالیکه با معکوس کردن جهت میدان مطابق با شکل ر380 - b - ، وضعیت فوق، جابجا میشود. دلیل فیزیکی این رفتار را می- توان بر اساس ضریب شکست مختلط گرافن توضیح داد. با تغییر جهت میدان مغناطیسی، بدلیل تغییر علامت فرکانس سیکلوترونی، رسانندگی هال و به تبع آن مؤلفهی غیر قطری گذردهی الکتریکی نسبی نیز تغییر علامت میدهند.
به این ترتیب، ضریب شکست مختلط تک لایهی گرافن که برای نور LCP و RCP به ترتیب به صورت l i H و l i H بیان میشوند، با تغییر جهت میدان مغناطیسی، با همدیگر جابجا خواهند شد. به عبارت دیگر، جذب نور LCP برای میدان در جهت z دقیقا برابر است با جذب نور RCP در جهت وارون . - -z - بنابراین، معکوس شدن جهت میدان مغناطیسی، در کل ساختار نیز موجب جابجا شدن رفتار جذب این دو نور قطبیده میشود. در شکل 4، وابستگی طیف جذب به میدان مغناطیسی -10 T تا +10T برای نور LCP و نور RCP نشان داده شده است. مشاهده میشود که برای حالت این مقاله به شرط در دسترس بودن در وبگاه www.psi.ir/?physics96 معتبر است.
