Article 16215

Название статьи

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ УПРАВЛЯЕМЫХ ПОЛЯРИЗАТОРОВ ТЕРАГЕРЦОВОГО ДИАПАЗОНА НА ОСНОВЕ ПЕРИОДИЧЕСКИХ 2D-СТРУКТУР ИЗ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ НАНОЛЕНТ ГРАФЕНА

Авторы

Макеева Галина Степановна, доктор физико-математических наук, профессор, кафедра радиотехники и радиоэлектронных систем, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40), radiotech@pnzgu.ru
Голованов Олег Александрович, доктор физико-математических наук, профессор, кафедра общепрофессиональных дисциплин, Пензенский филиал Военной академии материально-технического обеспечения (Россия, г. Пенза-5), golovanovol@mail.ru
Вареница Виталий Викторович, директор департамента аудита кода и сертификации, Научно-производственное объединение «Эшелон» (Россия, г. Москва, ул. Электрозаводская, 24), v.varenitsa@cnpo.ru
Горелов Роман Александрович, преподаватель, кафедра радиотехнических систем, Пензенский филиал Военной академии материально- технического обеспечения (Россия, г. Пенза-5), grelovr@mail.ru

Индекс УДК

535.32

Аннотация

Актуальность и цели. В последнее десятилетие прогресс в изготовлении графена и наноструктур на основе графена открывает огромные возможности для создания управляемых интегральных плазмонных устройств и метаматериалов для потенциальных применений в поляризаторах и фильтрах в терагерцовом и инфракрасном диапазонах. Целью данной работы является теоретическое исследование принципов построения и характеристик управляемых электрическим полем поляризаторов терагерцового диапазона на основе периодических 2D-структур из прямоугольных нанолент графена с использованием математического моделирования электродинамической строгости.
Материалы и методы. Разработана математическая модель терагерцовых устройств на основе нанолент графена, базирующаяся на решении краевой 3D-задачи дифракции для системы уравнений Максвелла совместно с моделью поверхностной проводимости графена, определяемой формулой Кубо, проекционным методом Галеркина.
Результаты. С помощью вычислительного алгоритма, разработанного на основе декомпозиционного подхода методом автономных блоков с наноструктурами графена и виртуальными каналами Флоке, расcчитаны зависимости S-параметра |S21| матрицы рассеяния поляризатора на основе периодической 2D-структуры из прямоугольных нанолент графена на подложке из двуокиси кремния SiO2 от частоты при изменении угла ориентации векторов падающей ТЕМ-волны к нанолентам графена для различных значений химического потенциала в диапазоне частот 24–32 ТГц.
Выводы. Из результатов математического моделирования следует, что при изменении ориентации вектора электрического поля падающей ТЕМ-волны от параллельной до перпендикулярной нанолентам графена коэффициент прохождения |S21| существенно уменьшается и в полосе непропускания на резонансной терагерцовой частоте периодическая 2D-структура из прямоугольных нанолент графена является поляризатором. S-параметры матрицы рассеяния поляризатора могут эффективно управляться изменением значения химического потенциала (действием внешнего электрического поля).

Ключевые слова

графен, наноленты, формула Кубо, химический потенциал, поляризатор, коэффициент прохождения, терагерцовый диапазон.

Скачать статью в формате PDF
Список литературы

1. Сорокин, П. Б. Полупроводниковые наноструктуры на основе графена / П. Б. Сорокин, Л. А. Чернозатонский // Успехи физических наук. – 2013. – Т. 183, № 2. – С. 113– 132.
2. G. Liu, Y. Wu, Y. M. Lin, D. B. Farmer, J. A. Оtt, J. Bruley, A. Grill, P. Avouris, D. Pfeiffer, A. A. Balandin, C. Dimitrakopoulos. ACS Nапо, 6, 6786 (2012)
3. .L.Jiao, L.Xie, H.Dai. Nапо Res, 5, 292 (2012)
4. P.Ruffieux, J.Cai, N.C.Plumb, L.Patthey, D.Prezzi, A.Ferretti, E.Molinari, X.Feng, K.Mullen, C.A.Pignedoli, R.Fasel. ACS Nапо, 6, 6930 (2012)
5. Liang, Y.S.Jung, S.Wu, A.Ismach, D.L.0lynick, S.Cabrini, J.Bokor. Nапо Lett., 10, 2454 (2010)
6. H.R.Gutierrez, U.J.Kim, J.P.Kim, P.C.Eklund. Nапо Lett., 5, 2195 (2005)
7. .Cai, P.Ruffieux, R.Jaafar, M.Bieri, T.Braun, S.Blankenburg, M.Muoth, A.P.Seitsonen, M.Saleh, X.Feng, K.Mullen, R.Fasel. Nаture (Lоndоn), 466, 470 (2010)
8. Y.Wu, Y.M.Lin, A.A.Bol, K.A.Jenkins, F.Xia, D.B.Farmer, Y.Zhu, P.Avouris. Nature (London), 472, 74 (2011)
9. Prospects of Graphene Transistors for High-Frequency Electronics – Printed Electronics World. – URL: http://www.printedelectro-nicsworld.com/articles/prospects-ofgraphene-transistors-for-high-frequency-lectro nics-00005226.asp
10. Hanson, G. W. Dyadic Green’s functions and guided surface waves for a surface conductivity model of grapheme / G. W. Hanson // J. of Appl. Phys. – 2008. – Vol. 103. – P. 064302.
11. Никольский, В. В. Декомпозиционный подход к задачам электродинамики / В. В. Никольский. – М. : Наука, 1983. – 298 с.
12. Никольский, В. В. Электродинамика и распространение радиоволн / В. В. Никольский. – М. : Наука, 1973. – 608 с.
13. Никольский, В. В. Проекционные методы в электродинамике / В. В. Никольский // Сборник научно-методических статей по прикладной электродинамике. – М. : Высшая школа, 1977. – С. 4–23.
14. Голованов, О. А. Численный алгоритм решения задач дифракции для волноведущих устройств СВЧ с нелинейными средами / О. А. Голованов // Радиотехника и электроника. – 1990. – Т. 35, № 9. – С. 1853–1863.
15. Голованов, О. А. Автономные блоки с виртуальными каналами Флоке и их применение для решения прикладных задач электродинамики / О. А. Голованов // Радиотехника и электроника. – 2006. – Т. 51, № 12. – С. 1423–1430.
16. Gao, W. Excitation of Plasmonic Waves in Graphene by Guided-Mode Resonances / W. Gao, J. Shu, C. Qiu, and Q. Xu // ACS Nano. – 2012. – Vol. 6 (9). – P. 7806–7813.

 

Дата создания: 06.10.2015 10:24
Дата обновления: 20.10.2015 15:09