تاثیر خصوصیات اپتیکی گرافن بر رفتار پلاسمون پلاریتونهای سطحی

پلاسمونیک در گرافین، آرایه¬ای دو بعدی از اتم¬های کربن در یک شبکه لانه زنبوری، در سال¬های اخیر مورد توجه بسیاری از محققین قرار گرفته است. گرافین همانند مواد پلاسمونیکی مرسوم مانند طلا و نقره، توانایی انتقال نور در سطح خود را به صورت پلاسمون پلاریتونهای سطحی دارا می-باشد. این ماده در گستره¬های تراهرتز و مادون قرمز دارای تلفاتی ناچیز بوده و بنابراین پلاسمون پلاریتونهای سطحی که در این گستره¬ها، مخصوصا گستره¬ی تراهرتز در آن تشکیل می¬شوند دارای طول انتشاری بسیار بالاتر نسبت به رقبای فلزی خود هستند. مزیت دیگری که می¬توان برای گرافن در مقایسه با مواد پلاسمونیکی مرسوم برشمرد، تنظیم پذیری خواص اپتوالکترونیکی آن با آلایش، اعمال میدان الکتریکی یا مغناطیسی می¬باشد. از این رو پلاسمون پلاریتونهای سطحی که در این ماده تشکیل می شوند، علاوه بر داشتن طول انتشار بالا دارای مشخصه¬های انتشاری و جایگزیدگی قابل کنترل نیز هستند. در این پایان¬نامه اثرات پراکندگی الکترون - فونون که به صورت تابعی از انرژی فرمی و دما در نظر گرفته شده است، بر روی طول انتشار و جایگزیدگی پلاسمونهای سطحی در ساختار موجبر گرافنی مورد مطالعه قرار می¬گیرد. همچنین تنظیم پذیری خواص اپتیکی گرافن با اعمال ولتاژ و اثر آن بر روی طول انتشار و جایگزیدگی پلاسمون پلاریتونهای سطحی تشکیل یافته در ساختار موجبر گرافنی که تحت ولتاژ قرار گرفته است، بررسی می¬شود. نتایج حاصل از این محاسبات نشان می¬دهد که در نظر گرفتن پراکندگی الکترون - فونون به صورت تابعی از انرژی فرمی و دما، باعث کاهش قابل ملاحظه¬ای در طول انتشار می¬شود. همچنین مشاهده شد، در انرژی¬های بالاتر به دلیل پراکندگی الکترون - فونون اپتیکی، و افزایش گذارهای بین باندی طول انتشار پلاسمون پلاریتون¬های سطحی کاهش می¬یابد. همچنین در ساختارهای موجبر گرافنی تحت ولتاژ، درولتاژهای پایین به دلیل گذارهای بین باندی طول انتشار پلاسمون پلاریتونهای سطحی به شدت میرا می¬شود. در ولتاژهای بالا، تراز فرمی به انرژی¬های بالاتر شیفت پیدا می¬کند و طول انتشار فقط توسط گذارهای داخل باندی محدود می¬شود و گذارهای بین باندی به دلیل اصل طرد پائولی ممنوع می¬شود در نتیجه طول انتشار افزایش می¬یابد. از آنجائیکه در اثر اعمال ولتاژ تراز فرمی لایه گرافن به ثابت دی¬الکتریک و ضخامت لایه دی¬الکتریک میانی و ولتاژ اعمالی وابسته شده است، لذا با تغییر ولتاژ اعمالی ، فاصله بین لایه¬های گرافن، و انتخاب مناسب ثابت¬های دی¬الکتریک لایه میانی و محیط بیرونی می¬توان خواص انتشاری امواج پلاسمون پلاریتون سطحی را کنترل کرد. همچنین مد پادمتقارن نسبت به مد متقارن دارای طول¬انتشار بیشتر و جایگزیدگی کمتر است.