در سال 1944 پارسل (purcell) دریافت که جایگزیدگی فوتون در حجم کوچک، منجر به اصلاح فرآیندهای تابشی می شود.با پیشرفت های بعدی در تکنولوژی تولید ساختارهای ماکرو و نانو اندازه،امکان استفادهاز این مواد برای جایگزیدگی فوتون در فرکانس های اپتیکی به وجود آمد. نیاز روزافزون به ساخت سامانه های اپتیکی بسیار فشرده و سامانه های پردازنده کوانتمی، فعالیت در این زمینه را نیز افزایش داده است. کاواک بلور فوتونیک، این قابلیت را داراست که تنها از یک مد اصلی جایگزیده،برای جایگزیدگی مناسب نور داخل تشدیدگر،پشتیبانی کند.این نانوکاواک ها امکانات گسترده ای را در زمینه نانوفوتونیک ایجاد می کنند. با بهره گیری از ویژگی های شکاف نواری فوتونیک با تغییر ضریب شکست و ایجاد نقص که منجر به شکسته شدن تناوب بلور فوتونی می شود می توان مدهای نور را در حجم های کوچک به خوبی محبوس کرد. در این پایان نامه، جنبه های نظری ساخت چنین واحدهایی برای جایگزیدگی فوتون بررسی شده است. همچنین ویژگی های این کاواک ها برای استفاده در الکترودینامیک کوانتمی تشریح می شود.جزییات انتشار نور در بلورهای فوتونیکی و ساخت کاواک با ایجاد نقص در شبکه بلور، با استفاده از روش تفاضل محدود دامنه زمانی (fdtd) بحث شده است.از کد fdtd برای مطالعه ساختار بلور فوتونیکی و تعیین ویژه مدها برای رسم ساختار نواری استفاده شده است. برای محاسبات مربوط به ساختار نواری بلور فوتونیکیتحت شرایط مختلف، با استفاده از الگوریتم های مختلف، روش های ریاضی و برنامه های کامپیوتری،معادلات ماکسول راتوسط روش تفاضل محدود تقریب می-زنیم.همچنین عناصر اصلی کد fdtd مانند الگوریتم اصلی، شرایط مرزی و طریقه حصول داده ها را به طور مفصل بحث نمودیم. در پایان، برای کاواک بهینه شده یخود برهم کنش نقطه کوانتمی با نانوکاواک تک مد در رژیم جفت شدگی ضعیف بررسی شده است؛همچنین اندازه ضریب پارسل برای این کاواک به دست آمده است.

در این پایان نامه به بررسی اثر آلائیدگی منگنز بر نیمرسانای اکسید روی پرداخته شده است. ابتدا نانوذرات اکسید روی آلائیده شده با منگنز به روش همرسوبی تهیه شده اند. سپس نمونه های بالک اکسید روی آلائیده شده با منگنز و نمونه های بالک خالص اکسید روی به روش واکنش حالت جامد تهیه شده اند. از نمونه های نانو طیف های پراش اشعه ایکس، پراکندگی رامان، میکروسکوپ الکترونی روبشی، و طیف مرئی-فرابنفش و طیف تبدیل فوریه مادون قرمز گرفته شده است. از نمونه های بالک نیز طیف های مرئی-فرابنفش و تبدیل فوریه مادون قرمز گرفته شده است. بررسی های حاصل از پراکمدگی رامان نشان می دهد که یونهای مغناطیسی منگنز جانشین یونهای روی در شبکه میزبان اکسید روی شده اند و همچنین بیان می کند که نمونه ها ساختار هگزاگونال دارند. از طیف رامان می توان این نتیجه را گرفت که نیمرسانای نوع p تولید شده است که این را می توان از وجود نیتروژن در نمونه که به نوع p بودن اشاره می کند استنتاج کرد. طیف مرئی- فرابنفش نشان می دهد که گاف نواری نمونه های اکسید روی آلائیده شده در مقایسه با نمونه های اکسید روی خالص کاهش یافته اند که این به این معنی است که نمونه های آلائیده شده فوتوکاتالیست های خوبی تحت تابش نور مرئی هستند. الگوهای پراش اشعه ایکس نیز بیان می کند که نمونه ها در ساختار شش گوشی قرار دارند و فاز اکسید روی نیز غالب است. دو فاز ثانویه نیز تشکیل شده است که می تواند دلیل بر فرومغناطیس بودن نانوذرات باشد.

اکسید روی یک نیمرسانای با شکاف نواری پهن (ev37/3) است که در ابزارهای الکترواپتیکی ولتاژ پایین و طول موج کوتاه از قبیل دیودهای نورده و لیزرها کاربرد دارد. آلائیده کردن نیمرساناها با برخی عناصر یک شیوه موثر تعدیل خواص الکتریکی، اپتیکی، ساختاری و مغناطیسی است که برای کاربردهای عملی مورد نیاز است. در این کار تحقیقاتی، تأثیر تغییر درصد آلائیدگی عنصر آهن بر نانوذرات اکسید روی مورد بررسی قرار گرفته است. نانوذرات اکسید روی آلائیده شده با آهن با غلظت های مختلف 5، 10، 18، 21 و 25 درصد اتمی به روش هم رسوبی تهیه شده اند. برای بررسی چگونگی تأثیر آلاینده بر خواص ساختاری نمونه های تهیه شده، از دستگاه پراش پرتو ایکس و طیف سنجی رامان استفاده شده است. این بررسی ها نشان می دهد که نمونه ها دارای ساختار شش گوشه هستند و با ورود آلائیدگی ساختار عوض نشده است اما پارامترهای شبکه و درنتیجه حجم یاخته تغییر کرده است و با افزایش درصد آلائیدگی اندازه نانوذرات کاهش یافته است. برای تعیین اندازه و شکل نانوذرات تصویربرداری میکروسکوپ الکترونی روبشی به کاربرده شد. تصاویر حاصل نتایج الگوهای پراش پرتو ایکس را تأیید کرده است. برای بررسی گروه های عاملی و پیوندهای شیمیایی موجود در نمونه از طیف تبدیل فوریه مادون قرمز استفاده شده است. همچنین برای بررسی خواص اپتیکی نمونه ها از طیف سنجیماوراءبنفش- مرئی استفاده شده است. مشاهدات نشان داده است که شکاف نواری برای نمونه های آلائیده شده با آهن تا at% 21 افزایش و سپس با افزایش غلظت آلاینده کاهش می یابد. در نتیجه نور مرئی بیشتری را جذب می کنند و می توانند به عنوان یک فوتوکاتالیست خوب تحت تابش نور مرئی مورد استفاده قرار گیرند.

اکسیدروی یک ماده نیمرسانا با شکاف نواری پهن(e_g~3.22 ev) است که کاربردهای فراوانی در ساخت ابزارهای الکترونیکی، اپتوالکترونیکی و اسپینترونیکی دارد. با افزودن ناخالصی هایی مثل فلزات واسطه می توان به آن خواص مغناطیسی بخشید و قابلیت استفاده از آن را افزایش داد. در این پژوهش نانوذرات اکسیدروی آلاییده شده با مقادیر مختلف منگنز به طور موفقیت آمیزی با استفاده از روش همرسوبی تهیه شدند و توسطxrd و raman و sem و ft-irو uv-visمشخصه یابی شدند.الگوهایxrd آلاییدگی نمونه ها با mn را تایید نمود و نشان داد که با افزایش آلاییدگی ثابت های شبکه کاهش یافته اند. مشاهدات طیف نگاری رامان نتایج xrdرا تایید نمود و نشان داد که با افزایش آلاییدگی پیک های رامان پهن تر و ضعیف تر می شوند که بیانگر افزایش بی نظمی در ساختار اکسیدروی است.طیف نگاری ft-ir حضور آلاینده mnدر ساختار اکسیدروی را به خوبی نشان داد.طیف نگاری uv-vis نشان داد که با افزایش آلاییدگی شکاف انرژی از 24/3 به 48/3 الکترون ولت افزایش می یابد. در ادامه کار نانوذرات تحت فشارهای 472 و 629 و 789 مگاپاسکال قرار گرفتند و به نمونه های بالک تبدیل شدند. برای مطالعه اثر فشار، نمونه های بالک توسط xrd و sem و ramanبررسی شدند. الگوهایxrd نشان داد که اعمال فشار نتوانسته ساختار ورتزایت هگزاگونال نمونه ها را تغییر دهد ولی ثابت های شبکه را تغییر داده است. مشاهدات رامان وجود قله های تیزتری را نسبت به حالت نانوذره نشان داد، که ممکن است بیانگر نظم در ساختار نانوذرات اکسیدروی آلاییده شده با منگنز باشد. مشاهداتsemنیز نشان داد که شکل نمونه های بالک همچون نانوذره کروی است با این تفاوت که نمونه های بالک سطح منظم تر و یکنواخت تری دارند.

بلورهای فوتونیکی ساختارهایی از مواد دی الکتریک هستند، که ضریب شکست در آن ها به صورت تناوبی تغییر می کند. از این ساختارها می توان در قسمت های اصلی وسیله های کنترل نور استفاده نمود، برای این منظور به بلور فوتونیکی دو بعدی از ستون های دی الکتریک مثلاً gaas نیازمندیم، با ایجاد نقصی در این بلور به عنوان مثال با حذف سه ستون در یک امتداد می توان یک کاواک l3 ایجاد نمود. نقص l3 اولین نوع از کاواک های بلور فوتونیکی بود، که ساخته شد. این نانو کاواک شامل یک لایه ی بلور فوتونیکی که سه ستون در یک خط از شبکه شش گوشی آن حذف شده بود. از رسم دیاگرام نوار انرژی بلور فوتونیکی می توان وجود یک نوار ممنوعه یا شکاف نواری فوتونیکی را مشاهده نمود، در این محدوده موج الکترومغناطیس منتشر نمی شود، به عبارتی بلور فوتونیکی موجب سد انتشار میدان ها در یک بازه انرژی می شود. بنابراین با ایجاد نقص در بلور می توان، فرکانسی را که در محدوده ممنوعه قرار داشته باشد، در آن به دام انداخت. این انتخاب فرکانس انتشار در این بازه دارای کاربردهای زیادی است، برای مثال دیواره های کاواک به صورت یک آینه فابری پرو عمل می کند. پس می توانیم از آن برای ساختن کاواک های تشدید استفاده نمود. یکی از مهم ترین گام ها در طراحی بلورهای فوتونیکی برای استفاده در کاواک ها تعیین مدهای نقصی است که در ناحیه فرکانس های ممنوعه قرار می گیرد. بنابراین برای دست آوردن مدهای نقص ابتدا بلور فوتونیکی معینی را شبیه سازی نموده آنگاه معادلات ماکسول را برای بلور فوتونیکی مورد نظر حل می نمایم سپس با انتخاب فرکانس انتشار از بازه نوار انرژی ممنوعه دیاگرام نواری بدست آمده مدهای نقص را می توان تعیین نمود. ما معادلات ماکسول را به روش تفاضل محــدود در حـوزه زمان (fdtd) و با در نظر گرفتن شرایط مرزی جذبی لایه های کاملاً منطبق شده (pml) حل نموده ایم. سپس جواب های معادلات ماکسول را با تبدیل فوریه سریع به فضای فرکانس تبدیل کرده و نمودار توان را بر حسب فرکانس رسم می نماییم. در این نمودار قله ها نشان دهنده مدهای نقص موجبر یا مدهای تشدید کاواک هستند. فاکتور مهم دیگری که در بلورهای فوتونیکی دانستن آن مهم است، فاکتور کیفیت آن است. بنابراین برای ساختار بلور مورد نظر، فاکتور کیفیت را محاسبه کرده و تأثیر عوامل موثر برای بهبود فاکتور کیفیت را بررسی نموده ایم. تمام محاسبات به وسیله کدنویسی با نرم افزار matlab انجام شده است.

اکسید روی یک نیمرسانا با شکاف انرژی در حدود 37/3 الکترون ولت است که در سال های اخیر به خاطر کاربردهای بسیار نانوساختارهایش در زمینه های مختلف الکترونیکی، اپتیکی، مغناطیسی و غیره، مورد توجه بسیار زیادی قرار گرفته است. با افزودن مقدار کمی از ناخالصی هایی مانند فلزات واسطه می توان برخی ویژگی های آن از جمله ویژگی مغناطیسی آن را بهبود بخشید و قابلیت استفاده از آن را افزایش داد. در پژوهش حاضر، هدف ساخت نوع توپی شکل از نانوساختارهای اکسید روی و اکسید روی آلائیده شده با منگنز، به روش برهمکنش حالت جامد است که برای ایجاد مورفولوژی مورد نظر از عامل فعال کننده سطحی اسید مرکاپتوسوکسینیک استفاده شده است. نانوتوپ های بدست آمده، توسط پراش پرتو ایکس، طیف سنجی رامان، میکروسکوپ الکترونی روبشی و دستگاه مغناطیس سنج نمونه ارتعاشی مورد بررسی و تحلیل قرار گرفتند. تحلیل های پراش پرتو ایکس از نمونه ها ساختار ورتزایت (هگزاگونال) آن را نشان داد و این ساختار حتی بعد از ورود ناخالصی منگنز به درون ساختار اکسید روی حفظ شده است. بررسی الگوهای پراش پرتو ایکس نشان داد که با افزایش غلظت ناخالصی منگنز، ثابت های شبکه تغییر یافته اند. مشاهدات طیف نگاری رامان نشان داد که با افزایش غلظت منگنز پیک های رامان ضعیفتر شده که دلیلی بر افزایش بی نظمی در ساختار اکسید روی است. مورفولوژی نمونه ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی، مورد بررسی قرار گرفت. مشاهدات نشان داد که نمونه ها از نوع توپی شکل هستند. نتایج بدست آمده از دستگاه مغناطیس سنج نمونه ارتعاشی القای خاصیت مغاطیسی به اکسید روی را بعد از ورود ناخالصی منگنز تائید نموده و نمونه ها با افزایش غلظت ناخالصی منگنز رفتار مغناطیسی بهتر و بیشتری از خود نشان می دهند.

گرافن یک تک صفحه ی دو بعدی از اتم های کربن با ساختاری مشابه لایه های مجزای گرافیت است که ساختار شبکه ی آن شش ضلعی است. در این صفحات اتم های کربن با پیوند sp2 به یکدیگر متصل شده اند. در گرافن هر اتم کربن به سه اتم کربن دیگر متصل شده است که این سه پیوند در یک صفحه قرار دارند و زاویه ی بین آن ها o120 است. طول پیوند کربن - کربن در گرافن در حدود 142/0 نانو متر است. گرافن در سال های اخیر به واسطه ی خواص منحصر بفردی مانند خصوصیات الکتریکی، اپتیکی، حرارتی و سرعت فوق العاده اش در انتقال الکترون ها، توجه زیادی را در زمینه ی علم مواد به خود جلب کرده است. بطور دقیق تر این ماده به علت کاربردش در طراحی ابزارهای مناسب در صنایع نانو الکترونیک، حسگرها و ابزارهای تبدیل انرژی از توجه خاصی برخوردار است. در این پروژه تهیه ی نانو ساختارهای اکسید گرافن(go) و گرافن(g) و خصوصیات ساختاری آن ها راگزارش می کنیم. go بوسیله ی اکسیداسیون گرافیت با روش هامر تغییر یافته با مدت زمان اکسیداسیون طولانی که روشی مناسب جهت خالص سازی نمونه است، بدست می آید. اکسید گرافن بدست آمده با اضافه کردن اسید اسکوربیک(c) و سپس بوسیله ی باز پخت حرارتی، احیا(به منظور کم کردن گروه های حاوی اکسیژن) می شود. پس از تهیه ی گرافن، به کمک طیف سنجی رامان و تصویر برداری میکروسکوپ الکترون عبوری به بررسی ساختار نمونه ی بدست آمده پرداخته می شود. در طیف رامان گرافن دو مدcm-1 1396=d و cm-1 1587 =g مشاهده شده است. مدd در طیف گرافن به علت حضور آشفتگی ها و نواقص ساختار شبکه است. هر چه نسبت شدت مد های d/g بیش تر باشد، نشان دهنده ی آشفتگی و بی نظمی بیشتر و رشد عیوب در طول فرایند حرارت است. مقایسه طیف رامان گرافن با اکسید گرافن نشان می دهد که پس از عملیات احیا، نسبت شدت مدg به d افزایش می یابد که به کاهش دانسیته اکسیژن منسوب می شود. تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری ساختار لایه ای گرافن را نشان می دهند. دراین تصاویر هم پوشانی برخی از صفحات به خوبی نشان داده شده اند. نواحی تیره، تراکم و تجمع صفحات و نواحی روشن ترکمتر بودن تعداد لایه ها را نشان می دهد. درادامه به ارزیابی خواص الکتریکی و اندازه گیری مقاومت الکتریکی و مقاومت ویژه ی این ماده پرداخته شده است.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.