لاخطية كير الذاتية في الأنظمة الهجين البلازمونية أقراص الجرافين النانوية-النقاط الكمية
Author
المزارقه، غاده بنت محمد بن سعيد ناصر شريم
Abstract
الملخص:_x000D_
جذبت المركبات النانوية البلازمونية الهجينة اهتماماً كبيراً؛ نظراً لخصائصها البصرية اللاخطية المميزة والتفاعل القوي بين الضوء والمادة الناجم عن هذه الهياكل النانوية الهجينة. بالإضافة الى ذلك، فإن الخصائص غير الخطية المحسنة في هذه الهياكل تنتج عن إثارة البلازمونات السطحية المتموضعة. يعد الحصول على التأثيرات البصرية اللاخطية المحسنة في منطقة الأشعة تحت الحمراء القريبة للطيف الكهرومغناطيسي أمراً بالغ الأهمية؛ نظراً للدور الحيوي الذي يمكن أن تلعبه العمليات اللاخطية في تطوير وتصميم أجهزة بصرية لاخطية جديدة، والتي تعد ضرورية في مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك المعلومات الكمومية والبوابات المنطقية والاتصالات، وكذلك في مجال حصاد الطاقة وأجهزة تحويل الطاقة._x000D_
بدافع من الخصائص المميزة التي يتمتع بها النظام البلازموني الهجين المكون من قرص الجرافين النانوي احادي الطبقة مع النقطة الكمومية وخصوصاً اللاخطية العالية التي يقدمها الجرافين، فإننا نقوم بالتحقيق في لاخطية كير باستخدام نظرية الاضطراب التكراري. بالإضافة الى ذلك، نقوم بفحص الاستجابة الخطية للنظام، بما في ذلك الامتصاص والتشتت وسرعة المجموعة في منطقة الأشعة تحت الحمراء القريبة للطيف الكهرومغناطيسي. علاوة على ذلك، باستخدام طريقة مصفوفة الكثافة وفي ظل تقريب المجال المسبار الضعيف، نشتق معادلات حركة عناصر مصفوفة الكثافة وذلك باستخدام هاملتونيان التفاعل للنظام الهجين تحت تقريب الموجة الدوارة، حيث يكون النظام الذري عبارة عن نقطة كمومية مجمعة ذاتياً (InAs/InP) على شكل نظام ذري بثلاث مستويات بتكوين لامدا ويتفاعل مع مجالين خارجيين مستقطبين، مجال فحص ضعيف ومجال تحكم._x000D_
وجدنا أن الاستجابة الخطية لنظامنا الهجين البلازموني تظهر نافذة شفافية واسعة مستحثه كهرومغناطيسياً وتبديل بين الامتصاص والتضخيم بالقرب من الرنين دون انعكاس سكاني، والتي يمكن ضبطها من خلال التحكم في بارامترات الحقول الخارجية المطبقة على النظام والبارامتر الهندسي للنظام الهجين. علاوة على ذلك، يُظهر نظامنا الهجين البلازموني تبديلا قابلاً للضبط بين الضوء البطيء والسريع في منطقة الرنين. من ناحية أخرى، تم تحسين لاخطية كير الذاتية لنظامنا الههجين بشكل كبير؛ نظراً لمعامل الانكسار اللاخطي الكير جداً عند الرنين مع شدة منخفضة نسبياً للحقول المتفاعلة. يُظهر النظام الهجين البلازموني المقترح تركيزاً ذاتياً قابلاً للضبط والذي يمكن أن يحدث بشدة منخفضة نسبياً للمجالات المتفاعلة؛ وذلك بسبب التأثيرات البلازمونية لقرص الجرافين النانوي. بالإضافة الى ذلك، تم فحص معامل الامتصاص اللاخطي للنظام الهجين والشفافية اللاخطية المرتبطة به في منطقة الأشعة تحت الحمراء القريبة للطيف الكهرومغناطيسي. علاوة على ذلك، يمكن التحكم في كل من معامل الانكسار اللاخطي الذاتي لكير والمعامل اللاخطي لامتصاص المجال المسبار، وذلك من خلال ضبط البارامتر الهندسي للنظام و بارامترات المجالات الخارجية المطبقة على النظام._x000D_
من الجدير بالذكر أن نظامنا الهجين يضمن الاستقرار في ظل أي تغيرات طفيفة على البارامترات الرئيسية الخارجية للنظام، وهذا امر مطلوب في التطبيقات العملية الواقعية._x000D_
تثبت النتائج التي توصلنا اليها أن هيكلة النظام تؤثر بشكل حاسم على الاستجابة البصرية الخطية وغير الخطية للأنظمة الهجينة البلازمونية التي تتكون من أقراص الجرافين النانوية المقترنة مع نقاط كمومية مجمعة ذاتياً، وهذا قد يحسن كفاءة الأجهزة الإلكترونية الضوئية. لذلك يمكن للخصائص البصرية الخطية وغير الخطية القابلة للضبط للنظام البلازموني الهجين المكون من أقراص الجرافين النانوية مع النقاط الكمومية أن تمهد الطريق لتطبيقات جديدة في مجالات مختلفة، مثل: الاتصالات ومعالجة الإشارات والأجهزة الضوئية والمضخمات البلازمونية و المفاتيح البصرية، وأيضا في حصاد الطاقة وأجهزة تحويل الطاقة.
Note
إشراف : د. مريم محمد ناصر طوهري.
