رقص محوری شامل نوسان ژیروسکوپیِ تک مولکول مغناطیسی در حرکت تقدیمی است که به دلیل وجود برهم کنش جریان عبوری از اتصال با تک مولکول مغناطیسی پدید می آید. به این حرکتِ ژیروسکوپی، رقص محوریِ جوزفسون (josephson nutation) گفته می شود. در این رساله اثر رقص محوری جوزفسون بر روی جریان بار عبوری از اتصال ابررساناـ تک مولکول مغناطیسی ـ ابررسانا مطالعه شده است. در این اتصال اسپین تک مولکول مغناطیسی به صورت یک بردار کلاسیکیِ s در نظر گرفته شده است. این بردار تحت تاثیر میدان مغناطیسی اعمالی یک حرکت تقدیمی با فرکانس ? و در اثر اندرکنش متقابل با جریان جوزفسون، رقص محوری با فرکانس ? انجام می دهد. با استفاده از رهیافت توابع گرین جریان عبوری از این اتصال را در حد تونلی محاسبه کرده ایم. نتایج محاسبات نشان می دهد که رقص محوری اسپین باعث مدوله شدن جریان جوزفسون می شود

گرافن ماده¬ی تک لایه¬ای تخت متشکل از اتم های کربن است که این اتم¬ها در یک شبکه دو بعدی لانه ¬زنبوری به هم متصل شده¬اند، گرافن به علت داشتن خواص فوق العاده در رسانندگی الکترونیکی و رسانندگی گرمایی، چگالی بالا و تحرک پذیری حامل های بار رسانندگی اپتیکی و خواص مکانیکی به ماده ای منحصر به فرد تبدیل شده است. این ماده به خاطر خواص ویژه خود به عنوان کاندید بسیار مناسب برای جایگزینی سیلیکان در نسل بعدی قطعه های فوتونیکی و الکترونیکی در نظر گرفته شده است و از این رو توجه فراوانی را در تحقیقات بنیادی و کاربردی به خود جلب کرده است. رسانندگی الکترونیکی و گذردهی نوری بالای گرافن ، آن را به عنوان کاندیدی مناسب برای الکترودهای رسانای شفاف، ترانزیستورها، سلول های فوتوالکتریک، سنسورهای گازی و به دیود های آلی ساطع کننده نور( oled) و سایر قطعات الکترونیکی معرفی می¬کند. در این پایان نامه ابتدا خواص اپتیکی ( بازتاب، تراگسیل و جذب) گرافن تک لایه و دو لایه را با استفاده از روش ماتریس انتقال مطالعه می کنیم. سپس یک بلور فوتونی یک بعدی متشکل از دو لایه¬ی دی¬الکتریک را در نظر می گیریم که در میان فصل مشترک آن¬ها لایه های مشابه گرافنی قرار گرافته است. با به کار گیری روش ماتریس انتقال خواص اپتیکی و ساختار باند چنین بلوری را در حضور لایه¬های گرافنی(تک¬لایه و دولایه) تعیین می¬کنیم و وابستگی ویژگی¬های اپتیکی بلور فوتونی یک بعدی مذکور را به ضخامت لایه¬های دی الکتریک، زاویه¬ی فرود نور، فرکانس نور و پتانسیل شیمیایی را بررسی می¬کنیم. نتایج حاصل می¬تواند در طراحی ابزارآلات اپتیکی مورد استفاده قرار بگیرد.

ویژگی¬های الکتریکی و نوری خاص گرافین، ازجمله تحرک پذیری بالای حاملین در دمای اتاق، عدم وجود گاف باندی، قابلیت انعطاف پذیری بالا و وجود ترابرد بالستیک حاملین در دمای اتاق، آن را به یک ماده ایده¬آل برای استفاده در حوزه نانو الکترونیک تبدیل کرده است.تحرکپذیری بسیار بالای حامل¬ها در دمای اتاق و ترابرد بالیستیک، گرافین را جایگزین بالقوه ی سیلیکون به عنوان نیمرسانا در مدارهای مجتمع، مدارهای منطقی و ابزارهای الکترونیکی آینده کرده است که با استفاده از آن می-توان به ترانزیستورهای سریع¬تر و کوچک¬تر با مصرف انرژی کمتر نسبت به ابزارهای بر پایه¬ی سیلیکون دست یافت.اگر چه در ترانزیستورهای گرافینی، تحرکپذیری حاملین بالا است ولی،نبود گاف باندی بهعنوان یک نقص در کاربرد گرافین به عنوان کانال ترانزیستور محسوب می¬شود، زیرا در این حالت جریان حالت خاموشی ( )، بهخاطر تونلزنی داخل باندی افزایش می¬یابدو موجب تخریب عملکرد بهینه¬ی ترانزیستورهای اثر میدانی می¬شود. یکی از روش¬ها برای حل این مشکل، استفاده از گرافین دولایه و ایجاد گاف در آن توسط اعمال میدان الکتریکی و همچنین استفاده از نانو نوار است. ایجاد و کنترل¬پذیر بودن گاف انرژی، گرافین دو لایه را به عنوان ماده¬ی کانالی مناسب در ترانزیستورهای اثر میدانی تبدیل کرده است. استفاده از این مواد باعث کاهش احتمال تونلزنی و افزایش نسبت می¬شود. در این پایان¬نامه یک مدل تحلیلی برای ترانزیستورهای اثر میدانی گرافین دو لایه با گرافین دو لایه به عنوان کانال ترانزیستور، ارائهمی¬شود.در ابتدا تابع پتانسیل در نواحی مختلف کانال با استفاده از معادله پواسون برای دو ناحیه¬ی کاری ولتاژ گیت بالای ولتاژ آستانه و زیر ولتاژ آستانه و همچنین بیشینه سد پتانسیل که در روش شبه کلاسیکی برای تعیین چگالی جریان در داخل کانال ضروری است، محاسبه می¬شود. سپس چگالی جریان حرارتی و تونل زنی، در ساختار ترانزیستورهایی که در آن، طول کانال بزرگ¬تر از طول برخورد است، به ازای پارامتر¬های مختلف، محاسبه گردید.نتایج محاسبات نشان می دهد که جریان و هدایت انتقالی، به ولتاژ گیت، طول گیت، فاصله گیت از سورس و درین و ضخامت لایه¬های ¬دی الکتریک وابسته بوده و هم¬چنین بیشینه مقدار هدایت انتقالی، با تغییرات مقدار متوسط طول برخورد تغییر می¬نماید. همچنین در این ساختار، بسامد قطع در طول¬های مختلف کانال، به ازای ولتاژهای گیت اعمالی را به دست آوردیم که به خاطرتحرک پذیری بالای حاملین ، دارای بزرگی از مرتبه¬ی تراهرتز است.