بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله، ویژگیهای اپتیکی شامل طیفهای تراگسیلی، بازتابش، جذب و همچنین خواص مگنتواپتیکی شامل طیفهای چرخش فارادی و بیضیگونگی پرتو تراگسیلی امواج الکترومغناطیسی تراهرتز، برای قطبشهای s و p مطالعه میشود. اثرات زاویه فرود موج الکترومغناطیسی و نیز اثر میدان مغناطیسی خارجی اعمال شده برروی خواص اپتیکی و مگنتواپتیکی مذکور بررسی میشود. نتایج نشان میدهد که کمیتهای اپتیکی و مگنتواپتیکی مطالعه شده به نوع قطبش موج الکترومغناطیسی و نیز زاویه فرود آن بستگی دارد. همچنین چرخشهای فارادی بیشتری به ازای مقادیر بزرگتر میدان مغناطیسی بهدست میآید.
مقدمه
گرافن نام یکی از آلوتروپهای کربن است. این ماده تشکیل شده از یک ساختار کریستالی لانه زنبوری است که به علت داشتن خواص بسیار عالی در رسانندگی الکتریکی و رسانندگی گرمایی، چگالی بالا، تحریک پذیری حاملهای بار و خواص مکانیکی، مادهای منحصربه فرد بهشمار میرود.[1] یکی از اساسیترین ویژگیهای گرافن تقویت اثرات مگنتواپتیکی است که در پی اندرکنش نور و مادهی تحت تاثیر میدان مغناطیسی بهوجود میآید. بهطورکلی پدیدههای مگنتواپتیکی را میتوان بر حسب اینکه نور از محیط مغناطیده تراگسیل و یا بازتاب مییابد، به دو مد تراگسیلی و بازتابی تقسیم کرد.
[2] در مد تراگسیلی با توجه به جهتگیری بردار انتشار نور و بردار مغناطش ماده دو هندسهی اصلی تعریف میشود: هندسهی فارادی و هندسهی ویگت. اثرهایی که در مد بازتابی بهوجود میآینداثرهای کِر مگنتواپتیکی نامیده میشوند.[3] اثر فارادی به چرخش صفحهی قطبش خطی نور در حین عبور از مادهی مگنتواپتیکی که بردار انتشار نور در راستای مغناطش آن باشد، اطلاق میگردد و به مقدار خارج شدن قطبش از حالت قطبش خطی اولیه و تغییر شکل آن به بیضی، بیضیگونگی طیف تراگسیلی میگویند.
[4] اما در مقالهی حاضر ویژگیهای اپتیکی شامل طیفهای تراگسیلی، بازتاب و جذب را بههمراه خواص مگنتواپتیکی شامل چرخش فارادی و رفتار بیضی- گونگی طیف تراگسیلی، در یک لایه گرافن که شامل زیرلایه است، مورد مطالعه و بررسی قرار میدهیم و این ویژگیها را برحسب تغییرات زاویه تابش موج الکترومغناطیسی و همچنین میدان مغناطیسی خارجی اعمال شده بر ساختار، ارزیابی میکنیم.
رهیافت محاسباتی
روش ماتریس انتقال روشی ساده و کارآمد است که توسط آن می- توان به بررسی خواص اپتیکی و مگنتواپتیکی در ساختارهای لایه- ای متأثر از میدان مغناطیسی خارجی که متشکل از دیالکتریک و لایهی بسیار نازک رسانا همانند گرافن هستند، پرداخت.[5] بهطور خلاصه در این روش وقتی که یک موج الکترومغناطیس به ساختار لایهای تابانده میشود با استفاده از معادلات ماکسول و پیوستگی مولفههای مماسی میدان الکتریکی، شدت تراگسیل و بازتابش کل ساختار محاسبه میگردد. در این روش برای عبور نور از مرز هر لایه یک ماتریس 4×4، M b و برای انتشار نور در هر لایه یک
ماتریس انتشار M free ، در نظر گرفته میشود.
شکلهای 3 - a - و 3 - b - تغییرات ضرایب تراگسیل، بازتاب و جذب بر حسب تغییرات زاویه تابش موج الکترومغناطیسی با فرکانس 5THz و تحت تاثیر میدان مغناطیسی 1T را به ترتیب برای قطبشهای نوع p و s نشان میدهند. در شکل - 3a - مشاهده میشود که برای زوایای کوچکتر از 80 درجه، ضریب تراگسیل بسیار نزدیک به یک است و همچینن ضریب بازتاب نزدیک به صفر است. برای زاویای بزرگتر از 80 درجه، با شیبنسبتاً زیادی ضریب تراگسیل کاهش و ضریب بازتاب افزایش مییابد.
ضریب جذب نیز که از مرتبه 10-3 است، با افزایش زاویه تابش کاهش مییابد. در شکل 3 - b - مشاهده میشود که برای زوایای کمتر از 30 درجه ضریب تراگسیل بسیار نزدیک به یک و ضریب بازتاب بسیار نزدیک به صفر است، که این حالت مشابه تغییرات قطبش نوع p در زوایای کمتر از 80 درجه است. با افزایش زاویه نیز، مقدار ضریب تراگسیل کاهش و مقدار ضریب بازتاب افزایش مییابد و در زاویه 62 درجه مقادیر یکسانی را دارند.
جذب نیز که از مرتبه 10-3 است، تا زاویه 60 درجه تقریبا ثابت است، پس از آن با افزایش زاویه، کاهش مییابد. علت تغییر رفتار ضرایب اپتیکی هر دو نوع قطبش p و s از یک زاویه مشخص به بعد، به دلیل کم شدن ارتباط فازی میان امواج و تداخلهای ویرانگر است، که تاثیر شکل - a - : 3 و - b - تغییرات ضرایب تراگسیل، بازتاب و جذب به ترتیب برای قطبشp و s، برحسب تغییر زاویه تابش موج الکترومغناطیسی. - c - و - d - چرخش فارادی و رفتار بیضیگونگی طیف تراگسیلی قطبش نوع s و p بر حسب تغییر زاویه تابش موج الکترومغناطیسی. شکلهای 3 - c - و 3 - d - چگونگی تغییرات چرخش فاردای و رفتار بیضیگونگی طیف تراگسیلی را به ترتیب برای شکلهای 3 - a - و 3 - b - نشان میدهند. در 3 - c - مشاهده میشود که چرخش فارادی برای زوایای کمتر از 40 درجه تقریبا ثابت و حداکثر مقدار است و برای زوایای بزرگتر از آن اندازه چرخش فارادی کاهش مییابد. بیضیگونگی نیز تا قبل از زاویه 70 درجه با افزایش زاویه کاهش مییابد و بعد از آن با افزایش زاویه بیشتر میشود.
