مدل سازی و شبیه سازی بلور های فوتونی مبتنی بر نانولوله های کربنی چند دیواره

دراین تحقیق به مدل سازی و شبیه سازی بلور های فوتونی برپایه ی نانولوله های کربنی چند دیواره می پردازیم. برای گذردهی نانولوله ها در قطبش مغناطیسی (میدان الکتریکی عمود بر محور نانولوله ها) یک مدل فیزیکی بر مبنای معادلات قطبش پذیری پایه ارائه شده و با نتایج آزمایشگاهی، مقایسه و اعتبار سنجی شده است. مدل ارائه شده، بازه ی وسیعی از فرکانس ها تا 10000 تراهرتز را پوشش می دهد. این در حالی است که پاسخ فوتونی آرایه هایی از نانولوله های کربنی، تا قبل از این فقط برای طول موج های بلند نسبت به ثابت شبکه انجام شده است. در همه ی موارد، از پارامتر های محیط موثر به صورت متوسط گذردهی ساختار استفاده شده است و محیط شامل نانولوله ها به صورت محیطی همگن در نظر گرفته شده است. هم چنین، در این پایان نامه برای اولین بار رفتار بلور فوتونی برای آرایه های دوبعدی مثلثی و مربعی از نانولوله های کربنی چند دیواره را مورد بررسی قرار داده ایم. نمایه ی بازتاب، برای هر دو قطبش الکتریکی و مغناطیسی، شامل بازتاب های پلاسمونی و براگ، را تجزیه و تحلیل کرده و اثر تغییر پارامتر ها در پاسخ فوتونی چنین ساختار هایی مورد بررسی قرار گرفته اند. کلیه ی پارامتر های موثر در پاسخ اپتیکی، اعم از پارامتر های ساختاری (ثابت شبکه، شعاع و درصد خالی بودن نانولوله ها) و محیطی (جنس زیر لایه و مواد درون و اطراف نانولوله ها در هنگام رشد) لحاظ شده و مدل ارائه شده با هر نوع نانولوله ای سازگار است. با استفاده از روش تفاضل محدود در حوزه ی زمان، رفتار فوتونی شبکه های منظمی از نانولوله های کربنی چنددیواره در گستره ی وسیعی از فرکانس (mhz 1 تا phz 10) شبیه سازی شده است. از نتایج به دست آمده می توان به منظور طراحی و ساخت ادوات بلورفوتونی بر پایه ی نانولوله های کربنی بهره برد. هم چنین، مدل ارائه شده برای گذردهی نانولوله های چند دیواره، تابع ماده ی درون و اطراف نانولوله هاست به طوری که با تغییر این مواد، گذردهی و در نتیجه مقدار و فرکانس بازتاب ها عوض می شود. این موضوع، امکان استفاده از نانولوله ها به عنوان حس گر را فراهم می کند. از طرفی، بلور های فوتونی بر مبنای نانولوله های کربنی، به دلیل فرایند ساخت از پایین به بالا بسیار دقیق تر از بلور های فوتونی سنتی بوده و امکان ساخت در ابعاد بسیار کوچک با ثابت شبکه ی چند نانومتر را دارند. درنتیجه، ساخت بلور های فوتونی در گستره ی فرابنفش عمیق و هم چنین حسگر های بلور فوتونی برای ردیابی نانوذرات فلزی میسر شده است.