75373پ.ف

كارشناسي ارشد

فيزيك -فيزيك ماده چگال

شيراز

1400

1400/11/18

18/9

فروزاني.قاسم

امانت.بنت الهداي

48-55ص

Transverse Surface Plasmon Resonance Longitudinal Surface Plasmon Resonance surface plasma oscillations Powell Swan Dispersion relation Thomas-Fermi

شيراز

چالش‌هايي در كوچك ‌سازي مدارهاي مجتمع فوتونيك به دليل مشكلات ساخت و پديده‌هايي كه در سيستم‌هاي مقياس نانو گزارش مي‌شوند، وجود دارد. به عنوان راه حل، نانوساختارهاي پلاسمونيك و كاربرد امواج پلاسمونيك توجه ها را به خود جلب كرده است.اين نانوساختارها از فلز و دي الكتريك با ابعاد كوچكتر از طول موج تحريك (طول موج پرتوي كه امواج پلاسمونيك را تحريك مي كند) تشكيل شده اند. پلاسمونيك ها بر اساس فرآيندهاي برهمكنش نور-ماده است كه بين امواج الكترومغناطيسي و الكترون هاي رسانش در فلزاتي كه در مقياس نانو هستند رخ مي دهد. در مواد پلاسموني به دليل وجود پلاسمون هاي سطحي، برهمكنش خاصي با ماده و نور ورودي وجود دارد كه منجر به مكانيسم هاي خاصي در سطح نانوساختارها مي شود. با توجه به كاربرد پلاسمونيك مي‌توان پيشرفت‌هاي شگرفي دربخش تصويربرداري در مقياس نانو و ساخت تراشه انجام داد. استفاده از كريستال هاي مايع در دستگاه هاي پلاسمونيك به كنترل انتقال، بازتاب، پراكندگي و جذب امواج نوري در نانوساختارهاي پلاسمونيك كمك مي كند. در اين پايان نامه، قطعه پلاسمونيك مورد مطالعه با يك لايه نازك از كريستال مايع نماتيك پر شده است تا تاثير يك محيط ناهمسانگرد بر تحريك پلاسمون هاي سطحي بررسي شود. در هر پيكسل از ساختار طراحي شده، يك لايه نازك از كريستال مايع (با ضخامت كنترل شده توسط اسپيسرها) بين يك سطح شيشه اي پوشيده شده توسط يك لايه نازك از اينديم تين اكسايد (ITO) و يك سطح دي الكتريك توزيع شده با نانوساختارهاي طلا گرفته است.يك پرتو نور مرئي كه وارد صفحه شيشه‌اي شفاف با پوشش اينديم تين اكسايد مي‌شود، از لايه كريستال مايع عبور مي‌كند و سپس به نانوساختارها مي‌رسد تا مدهاي مختلف پلاسمون پلاريتون هاي سطحي (SPPs) را تحريك كند. با اعمال يك ولتاژ، يك ميدان الكتريكي بين الكترودهاي اينديم تين اكسايد برقرار مي شود. اگر ميدان ايجاد شده بزرگتر از ميدان آستانه باشد، مولكول هاي كريستال مايع خود را در ميدان الكتريكي تغيير جهت مي دهند. در نتيجه، ضريب شكست مؤثر كريستال مايع در مرز نانوساختارهاي طلا تغيير مي‌كند كه به نوبه خود، رابطه پراكندگي پلاسمون‌هاي سطحي را تغيير مي‌دهد. به اين ترتيب، مدولاسيون پرتو نور منعكس شده را مي توان با فعال كردن مدهاي مختلف پلاسمون هاي سطحي به دست آورد. در فصل اول، پيشينه تحقيقي از پلاسمونيك ها شرح داده شده است. پلاسمونيك يكي از مفاهيم كليدي تحقيق حاضر است. در فصل 2، مباني پلاسمونيك توضيح داده شده است كه به بررسي شبه ذرات به نام پلاسمون مي پردازد. تشديد پلاسمون هاي سطحي و شرايط تشكيل آنها در فصل 2 توضيح داده شده است. علاوه بر اين، در اين فصل، خواص نوري فلزات، ثابت دي الكتريك گاز الكترون آزاد و روابط تحليلي آنها مورد بحث قرار گرفته است. كريستال هاي مايع (LCs) كه در فصل 3 معرفي شده اند يكي ديگر از عناصر كليدي در تحقيق حاضر است. كاربرد كريستال ها مايع در دستگاه هاي پلاسمونيك بسيار مناسب است و با قابليت هاي مفيد آن توجه ها را به سمت خود جلب كرده است.در فصل آخر اين پايان نامه، خواص نوري پلاسمون پلاريتون هاي سطحي با محاسبات عددي در دو حالت مختلف بررسي شده و نتايج به دست آمده با هم مقايسه شده است. مورد اول به خواص پلاسمون پلاريتون هاي سطحي در رابط مشترك نانوذرات طلا با يك لايه دي الكتريك نازك مي پردازد، جايي كه دستگاه خالي از كريستال مايع است. در مورد دوم، خواص نوري پلاسمون پلاريتون هاي سطحي در سطح مشترك نانوذرات طلا با كريستال مايع بررسي مي‌شوند. مشخص شد كه رابطه پراكندگي، طول موج انتشار، طول انتشار، دامنه پلاسمون هاي سطحي و عمق نفوذ را مي توان در دستگاه هاي پلاسمونيك در حضور محيط كريستال مايع در مرز نانوساختارهاي پلاسمونيك (طلا) افزايش داد. اين تغييرات به جهت گيري مولكول هاي كريستال مايع وابسته است.

چكيده 1 فصل اول مقدمه و شرح مسئله3 1-1- مقدمه4 1-2- بيان مسئله4 فصل دوم مباني پلاسمونيك9 2-1- مقدمه10 2-2- پلاسمونيك10 2-3- تشديد پلاسمون هاي سطحي13 2-4- نانو ساختار طلا15 2-5- ثابت دي‌الكتريك17 2-5-1- ثابت دي‌الكتريك گاز الكترون آزاد17 2-5-2- گسترش فضايي ميدان‌هاي پلاسمون پلاريتون سطحي20 2-5-3- طول انتشار پلاسمون‌هاي سطحي:21 2-6- تحريك پلاسمون‌هاي سطحي توسط نور21 2-6-1- برانگيختگي با پرتو21 فصل سوم كريستال مايع27 3-1- مقدمه28 3-2- كريستال مايع28 3-3- انواع كريستال مايع30 3-4- ضريب شكست32 3-5- دستگاه‌هاي پلاسمونيك فعال مبتني بر كريستال مايع35 3-5-1- روش اعمال ميدان الكتريكي35 3-5-2- روش هدايت نوري35 3-5-3- روش اعمال موج آكوستيك سطحي36 3-5-4- روش گرما محور36 فصل چهارم نتايج تحليل عددي و بررسي نتايج37 4-1- مقدمه38 4-2- محاسبه تابع دي‌الكتريك طلا با استفاده از مدل درود-لورنتز38 4-3- بخش اول41 4-3-1- بررسي رفتار پلاسمون پلاريتون‌هاي سطحي در مرز مشترك نانو ساختارهاي طلا و محيط دي‌الكتريك همسانگرد41 4-3-1-1- محاسبه ي رابطه‌ي پراكندگي41 4-3-1-2- محاسبه طول موج انتشار در مرز مشترك نانو ساختارهاي طلا با محيط دي‌الكتريك همسانگرد زيرين درامتداد محور xها43 4-3-1-3- محاسبه طول انتشار موج در جهت محور x44 4-3-1-4- محاسبه رابطه پراكندگي در راستاي محور zها45 4-3-1-5- محاسبه تغييرات دامنه ميدان پلاسمون پلاريتون‌هاي سطحي در محيط طلا و محيط دي‌الكتريك مجاور46 4-3-1-6- عمق نفوذ ميدان 47 4-4- بخش دوم47 4-4-1- تشكيل پلاسمون پلاريتون‌هاي سطحي در فصل مشترك نانو ذرات طلا با كريستال مايع47 4-4-1-1- سمت‌گيري‌هاي مفروض ميدان راستايي كريستال‌هاي مايع48 4-4-1-2- محاسبه رابطه پراكندگي در مرز نانو ساختار طلا و كريستال مايع49 4-4-1-3- محاسبه طول موج پلاسمون‌هاي سطحي50 4-4-1-4- محاسبه قسمت موهومي رابطه پراكندگي51 4-4-1-5- محاسبه طول انتشار در راستاي محور xها52 4-4-1-6- محاسبه تغييرات دامنه ميدان پلاسمون پلاريتون‌هاي سطحي53 4-4-1-7- عمق نفوذ ميدان پلاسمون پلاريتون‌هاي سطحي54 فصل پنجم نتيجه گيري و پيشنهادات55 5-1- مقدمه56 5-2- جمع بندي و نتيجه گيري56 5-3- توصيه‌هايي براي تحقيقات آينده59 فهرست منابع60 پيوست ها68 چكيده انگليسي69

1400/04/13

75418