شبیه سازی موجبر پلاسمونی مبتنی بر ساختار گرافن-فلز
چکیده
درابتدا مروری گذرا بر کارهای انجام شده در زمینه تولید امواج پلاسمونی سطحی با گرافن و همچنین مدولاتورهای تراهرتز ارائه و شرایط لازم برای ایجاد امواج پلاسمونی در سطح فلز بررسی می شود. سپس، با بهره گیری از رابطه پاشندگی گرافن و رابطه کوبو، خواص پلاسمونی گرافن مرور خواهد شد. آنگاه، پس از توضیح درباره روش مدل کردن مواد مورد استفاده، برای درستی آزمایی نتایج شبیه سازی، دو مقاله تازه منتشر شده در حوزه پلاسمونی بازتولید می شود. پس از اطمینان یافتن از درستی روش محاسبه، به کمک ویژگی کوکپذیری گرافن و شرایط بهینه برای طول انتشار امواج پلاسمون سطحی در فرکانس کاری 6 تراهرتز، با روش عناصر متناهی در سه بعد شبیه سازی و تحلیل افزاره ها انجام خواهد شد. نخستین افزاره طراحی شده، یک سوییچ پلاسمونی برپایه گرافن با طول 5 مرتبه کوتاه تر از طول موج ورودی است. ضریب عبور توان این سوییچ در شرایط بهینه برای حالت روشن و نسبت آن به ضریب حالت خاموش، به ترتیب برابر با 26/94% و 61on/off = است. در همین شرایط عمق مدولاسیون این افزاره برابر 37/98%، که نسبت به بزرگ ترین عمق مدولاسیون گزارش شده 23% عمیق تراست. براساس ابعاد و شرایط بهینه به دست آمده برای یک موجبر پلاسمونی مستقیم، یک سوئیچ پلاسمونی y شکل (دو شاخه) با طول کوتاه تر از 50% طول موج ورودی طراحی خواهد شد. نتایج حاصل از شبیه سازی سه بعدی نشان میدهد. ضریب عبور توان هنگامی که هردو بازو به طور همزمان روشن و نسبت آن به حالتی که هردو خاموش اند، به ترتیب برابر 2/87% و 8720 on/off = است. در ضمن عمق مدولاسیون این سوییچ برابر 98/99% است. نهایتا یک گیت منطقی and با ساختاری مشابه ساختار اولین سوییچ، و یک گیت منطقی or متشکل از دو ساختار y شکل رو در رو، طراحی خواهد شد. این افزاره ها در مدارهای نوری دیجیتال کاربرد فراوانی دارند. ضریب عبور توان برای حالت منطقی "1 1" و نسبت آن به حالت "0 0" برای گیت and، به ترتیب، برابر با 44/92% و 20095on/off? و برای گیت or برابر با 03/73% با نسبت 16983on/off? است.