در این پایان نامه با استفاده از روش دینامیک¬مولکولی به بررسی خواص نانوتسمه¬های پروسکیت باریم تیتانایت (batio3) به صورت تابعی از اندازه و درصد ناقصی اکسیژن پرداخته شده و سپس انرژی، ضرایب مکانیکی، ضریب پیزوالکتریک، قطبش پذیری و... محاسبه می¬شود و با نتایج آزمایشگاهی مقایسه می گردد. راستاهای مورد بررسی در این تحقیق عبارتند از:]111[، ]110[ و] 001[. نانوتسمه ها ساختارهای تک بعدی ناهمسانگردی هستند که دارای سطح مقطع مستطیلی می¬باشند و نسبت سطح به حجم آنها زیاد است. بنابراین، خواص فیزیکی آنها با سایر نانوساختارها متفاوت است. هنگامی که با اعمال نیرو، تغییری در ابعاد نانوتسمه¬های باریم تیتانایت (batio3) داده می¬شود پدیده دو قطبی شدن (پولاریزاسیون ) را می¬توان دید. بنابراین در پاسخ به تغییر حالات مکانیکی یک ولتاژ یا میدان الکتریکی در آنها ایجاد و در نتیجه از خود شارژ الکتریکی تولید می کنند، همچنین مواقعی که در میدان الکتریکی قرار می گیرند، ابعاد خود را تغییر می دهند. این رفتار برگشت پذیر را خاصیت پیزوالکتریکی می نامند. مدل سازی برهم کنش ذره ها با یکدیگر، معمولاً با انرژی پتانسیل بین ذره های اتم ها یا مولکول های دستگاه بیان می شود. انرژی پتانسیل بین اتم های batio3 با پتانسیل باکینگهام بیان می شود که شرایط مرزی نیز مدل برهم کنش بین ذرات دستگاه و محیط اطراف آن را مشخص می کند. برای انجام شبیه¬سازی سامانه مورد نظر، باید ساختار بلوری نانوتسمه¬های پروسکیت باریوم تیتانایت تهیه شود. طول هر یک از این نانوساختارها 149.11 ? ~ می باشد که در دو حالت قبل و بعد از تعادل (آماده برای کشش) نمایش داده شده اند. با استفاده از مولد اعداد تصادفی مولر اجازه ی حرکت اولیه به ذرات داده می شود و بعد از گذشت 1000 گام زمانی یعنی حدود ps1 سیستم به تعادل با محیط می رسد. این تعادل تحت آنسامبل nvt انجام می گیرد. با کمک نرم افزار vmd می توان ساختار نانوتسمه ها را از زاویه های مختلف نشان داد. بعد از به تعادل رسیدن نانوساختارها، مکان اتم ها جابه¬جا شده و از جایگاه اولیه¬ی خود خارج می-شوند که دراین لحظه یکی از دو انتها را ثابت در نظر گرفته و انتهای دیگر را با سرعت ثابت کشیده می¬شود. نتایج محاسبات با کمک نرم افزار lammps به دست آمده است. در نهایت پارامترهای مکانیکی و الکتریکی از قبیل ثابت شبکه ی ساختار، مدول یانگ، پولاریزاسیون خودبه¬خودی، ثابت پیزوالکتریک و ... به دست آمد و با اطلاعات آزمایشگاهی مقایسه شد که نتایج، نشانگر توافق خوب بین شبیه سازی و آزمایشگاه می باشد.

نسل جدیدی از نانوساختارها، نانوساختارهای مجسمه سازی شده هستند که با کنترل راستای شار بخار فرودی نسبت به زیرلایه در حین لایه نشانی به روش های تبخیر فیزیکی ساخته می شوند. با تنظیم پارامترهایی مثل سرعت و جهت چرخش ها در دو جهت عمود بر زیرلایه و موازی با آن، می توان شکل نانوساختار به همراه زیری و تخلخل لایه مجسمه سازی شده را تعیین کرد. امروزه این نانوساختارها کاربرد های وسیعی در زمینه های قطعات اپتیکی، حسگری، مکانیکی، الکتروشیمیایی، سلول های خورشیدی و زیست فناوری پیدا کرده اند. در این پایان نامه از لحاظ تئوری، ابتدا خواص اپتیکی نانوفنرهای مایل از جنس سیلیسیوم با تئوری rcwa مورد مطالعه قرار گرفت. سپس با استفاده از این تئوری و فرمالیزم همگن سازی، خواص اپتیکی نانوفنرهای مایل از جنس دی اکسید تیتانیوم را محاسبه و با نتایج تجربی گزارش شده مقایسه کردیم. از لحاظ تجربی، برای اولین بار با استفاده از روش لایه نشانی مایل همراه با زیرلایه چرخان و استفاده از یک بلوک سایه افکنی ، نانوستون های مارپیچی نقره را در شکل های مایل و زیگزاگ ساختیم. با استفاده از آنالیزهای sem، afm وxrd ، مشخصه های ساختاری این نانوستون ها و با استفاده ازطیف سنجی، خواص اپتیکی آنها را مورد بررسی قرار دادیم. در ادامه خواص حسگری گاز گسیل یون نیز برای گازهای مختلف، روی این نانوساختارها مورد مطالعه قرار گرفت. همچنین نسل جدیدی از از چندلایه های فلزی از جنس نیکل- نقره را با استفاده از رشد مایل ساخته و مشخصه های ساختاری آن هارا با آنالیزهای xrd و afm مطالعه کردیم. خاصیت تغییر مقاومت الکتریکی با میدان مغناطیسی نیز در این چندلایه ها در دو جهت لایه اندازه گیری و بررسی شد.

در این پروژه، دستگاه لایه نشانی چند منظوره ای که در طی پروژه دیگری طراحی شده بود، تکمیل و راه اندازی شد. با استفاده از این دستگاه می توان تحت شرایط خلاء یکسان، اثر پارامترهای مختلف را روی ساختار لایه های نازک مورد بررسی قرار داد. مثلا برای بررسی اثر دمای زیر لایه، می توان در شرایط آزمایشی یکسان، شش دمای مختلف برای زیر لایه ها اعمال کرد. توسط این دستگاه، لایه های نازکی از فلزات روی (zn) و مس (cu) روی زیر لایه هایی از جنس فولاد ضدزنگ و شیشه، در دماهای مختلف برای زیر لایه و در دو زاویه تابش مختلف ، تهیه شدند. برای بررسی اثر پارامترهای مختلف لایه نشانی، نظیر دمای زیر و جنس آن و زاویه تابش ، روی ساختار و مشخصات لایه های نازک تهیه شده، آنالیزهای مختلفی انجام شدند که عبارت بودند از: آنالیز با استفاده از میکروسکوپ الکترونی پویشی (sem)، پراش پرتوهای ایکس (xrd)، طیف سنجی پس پراکندگی را در فورد (rbs)، گسیل پرتو ایکس القاء شده توسط پروتون (pixe) و طیف سنجی نور مرئی و امواج ماوراء بنفش . با استفاده از نتیجه های حاصل از این آنالیزها، ساختار لایه های نازک تهیه شده، توسط مدل منطقه ای ساختاری (szm) مورد بررسی قرار گرفته و سایر مشخصات این لایه ها نظیر ضخامت آنها و دانسیته عناصر موجود در آنها تعیین شد و اثر پارامترهای مختلف انباشت روی این مشخصات مورد بررسی قرار گرفت . نتایج بدست آمده درباره نحوه تغییرات اندازه دانه ها با دما، انرژی فعالسازی و رشد ترجیحی، با کارهای قبلی انجام شده در این زمینه ها نظیر کارهای گروونور و سوالونی، سازگاری خوبی به دست می دهند و این در حالی است که دستگاه مورد استفاده در این آزمایشها از اطمینان کمتری برخوردار است و شرایط آزمایشها نیز به خوبی شرایط موجود در آزمایشهای قبلی نیست . مثلا این لایه نشانیها در خلاء 10-6 torr انجام شده اند در حالی که در کارهای قبلی، خلاء حدود 10-10 torr بوده است .

در این پایان نامه ابتدا معادلات ماکسول در داخل لایه نازک با اعمال شرایط مرزی لازم، حل شده است. با استفاده از جواب معادلات ماکسول و تعریف ماتریس مشخصه برای هر لایه، بازتاب از هر لایه در نتیجه بازتاب کل به دست آمد، و از این بازتاب کل برای طراحی فیلتر بازتاب زیاد استفاده شده است.برای طراحی فیلتر پادبازتاب روشهای مختلفی که بستگی به شرایط خاص خود را دارند بحث شده اند.با توجه به شرایط موجود از روش برداری استفاده شده است. روش بررسی همزمان متغیرها، روش دیگری برای طراحی این فیلترها است که اولین بار توسط ما پیشنهاد شده است که نتایج آن با نتایج روش برداری کاملا توافق دارد و دارای تاین مزیت است که بسیار سهل تر از روش برداری بوده و از خطا مبراست.توزیع میدان الکتریکی در داخل فیلترهای طراحی شده، به دست آورده شده، از این توزیع میدان الکتریکی، میدان الکتریکی بحرانی نتیجه گیری شده، که اگر میدان در داخل لایه از مقدار بحرانی آن بیشتر شود ایجاد آسیب در داخل لایه می کند.برای بالا بردن آستانه آسیب در داخل لایه، طراحی با دو لایه اضافه انجام شد به طوری که میدان الکتریکی بحرانی کمتر از حالت قبل شود تا فیلتر بتواند حد آسیب بالاتری در مقابل پرتو لیزر داشته باشد.دو روش برای به دست آوردن ضخامت لایه های اضافی بیان شده است. روش اول مربوط به آپفل ‏‎ [7‎‏ ] است.و روش دوم برای اولین بار توسط ما پیشنهاد شد که جواب های به دست آمده از این روش با روش آپفل کاملا سازیگاری دارد، با این مزیت که ساده تر از آن بوده و برای طراحی هر نوع فیلتری می توان به کار برد دارد.برای کاهش میدان الکتریکی بحرانی در فیلتر پاد بازتاب به دلیل آن که نمی توان از روش آپفل استفاده کرد، از روش دوم که توسط ما ارائه شده، استفاده شده است.برای ساخت فیلترهای طراحی شده از دو ماده یکی با ضریب بازتاب زیاد ‏‎hfo2‎‏ و دیگری باضریب بازتاب کم sio2 استفاده شده است. چون مرجع مطمئنی برای به دست آوردن ضریب شکست هافنیا وجود نداشت، و در نتیجه آنرا با استفاده از روش لازیز ‏‎ [18‎‏ ] به دست آوردیم. برای فیلترهای ساخته شده آتسانه اسیب را محاسبه شده است. نتایج به دست آمده از این آزمایشها آستانه آسیب بالایی را برای این فیلترها نشان می دهند، بنابراین می توان از آنها در لیزرهای توان بالا استفاده کرد، و همچنین این فیلتررها در مقایسه با فیلترهای ساخته شده از نوع ‏‎zro2/sio2‎‏ آستانه آسیب بسیار بالاتری دارند.