جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه "graphene" در نشریات گروه "برق"
تکرار جستجوی کلیدواژه «graphene» در نشریات گروه «فنی و مهندسی»-
در این مقاله جاذب و حسگر ضریب شکستی مبتنی بر پایه فرامواد گرافنی در محدوده تراهرتز ارائه گردیده است. در بسیاری از مطالعات وابستگی حسگر به زاویه تابش و نوع قطبش مورد بررسی قرار نگرفته است و معمولا از ساختارهای پیچیده ای استفاده شده است که علت این پیچیدگی عدم استفاده از یک روش سیستماتیک می باشد و خواننده از دلایل هندسه ساختار در باند فرکانسی مورد نظر قانع نمی گردد. در این مقاله از تئوری خط انتقال پیشرفته جهت بررسی ساختار هندسی و کارایی حسگرهای تراهرتز استفاده گردیده است. حسگر طراحی شده دارای آرایش متناوب از دیسک های گرافنی بر روی یک ماده دی الکتریک و یک صفحه یکپارچه طلا در طرف دیگر آن می باشد که در مقایسه با مراجع دیگر دارای دقت بالایی در انتخاب پارامترها می باشد و هندسه ساختار آن بدون استفاده از الگوریتم های بهینه سازی محاسبه گردیده است. مقادیر بیشینه معیار شایستگی (FOM) (1/RIU) 24.5 ، فاکتور کیفیت (Q-Factor) 80 و حساسیت 1.57 THz RIU بدست آمده است که در مقایسه با کارهای پیشین به طور محسوسی بهبود داشته است. همچنین سادگی ساختار، کاهش زمان محاسبات و حافظه، حساسیت بالاتر و پایداری بهتر از مزایای این طراحی نسبت به روش های پیشین می باشد.
کلید واژگان: جاذب و حسگر ضریب شکستی, فرامواد, گرافن, آرایش متناوبJournal of Iranian Association of Electrical and Electronics Engineers, Volume:21 Issue: 3, 2024, PP 17 -26In this article, a refractive index absorber and sensor based on graphene metamaterials in the terahertz range is presented. In many studies, the dependence of the sensor on the radiation angle and polarization type has not been investigated, and usually complex structures have been used, the reason for this complexity is the lack of a systematic method and the reader is not convinced by the reasons of the geometry of the structure in the desired frequency band. In this article, advanced transmission line theory has been used to investigate the geometric structure and efficiency of terahertz sensors.The designed sensor has an alternating arrangement of graphene discs on a dielectric material and an integrated gold plate on the other side, which compared to other references has high accuracy in the selection of parameters and the geometry of its structure without the use of optimization algorithms has been calculated. The values maximum figure of merit (FOM) 24.5, the quality factor (Q-Factor) 80 and the sensitivity 1.57 THz⁄RIU have been obtained, which has improved significantly compared to previous works. Also, the simplicity of the structure, reduction of calculation time and memory, higher sensitivity and better stability are the advantages of this design compared to the previous methods.
Keywords: Refractive Index Absorber, Sensor, Metamaterials, Graphene, Alternate Makeup -
در این مقاله گرافن آلاییده شده با اتم آلومینیم به عنوان حسگر گازهای سولفیدهیدروژن و دی اکسیدنیتروژن بر اساس نظریه تابعی چگالی الکترون بررسی و شبیه سازی شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی با استفاده از نرم افزار SIESTA نشان داد بهینه حالت آلایش وقتی است که اتم آلومینیم بجای یک اتم کربن قرار گیرد. کمینه انرژی ساختار پس از آلایش بطوری است که اتم آلومینیم به اندازه 1.85 آنگستروم بالای صفحه گرافن قرار گرفته و یک برآمدگی در صفحه گرافن ایجاد می کند. شبیه سازی و نتایج بررسی حالات مختلف جذب هریک از گازهای NO2 و H2S نشان داد که بیشترین جذب در حوالی محل آلایش که چگالی الکترون در آن بیشتر است، انجام می شود. در نهایت، مقدار انرژی جذب 3.45- الکترون-ولت برای مولکول NO2 و 0.87- الکترون-ولت برای مولکول H2S بدست آمد. آنتالپی جذب ناشی از برقراری این پیوند قوی نشان می دهد که گرافن آلایش شده می تواند یک بستر مناسب برای ساخت حسگر گازهای NO2 و H2S باشد.
کلید واژگان: نظریه تابعی چگالی (DFT), حسگر گاز, گرافن, انرژی جذب, No2, H2SIn this paper, the Aluminum-doped graphene has been investigated and simulated based on the electron density functional theory as a sensor for nitrogen dioxide and hydrogen sulfide gases. The simulation results using SIESTA software demonstrate that the optimum doping is substitutional and occurs when a carbon atom in graphene is replaced with an Al atom. The dopant Al atom at the minimum relaxation energy is placed 1.85 Å higher than the graphene sheet and creates a bulge on the graphene surface. The different probable adsorption states of each NO2 and H2S gas were simulated and the results showed that the optimum adsorption occurred around the placement of dopant where the electron density is higher. Finally, the adsorption energy of NO2 and H2S molecules were obtained -3.45 eV and -0.87 eV, respectively. The resulting adsorption enthalpies, which demonstrate the formation of strong bonds, illustrate that doped graphene could serve as a suitable substrate for the fabrication of NO2 and H2S sensors.
Keywords: Density Functional Theory (DFT), Gas Sensor, Graphene, Adsorption Energy, No2, H2S -
Scientia Iranica, Volume:30 Issue: 6, Nov-Dec 2023, PP 2162 -2169I propose a new electro-optical system for sequencing single-stranded DNA molecules. The localized plasmons in graphene combined with the nanopore-based DNA translocation have been suggested for sequencing DNA molecules and decreasing the translocation speed. These localized surface plasmon resonances in the graphene nanopore have three dominant modes. Every-mode peak wavelength is shifted while the DNA nucleobases are presented to the nanopore. The ultraviolet photodiodes with narrow-band filters can separate each mode individually. Then, the electrical-current to voltage convertor, differential pairs based on the bipolar transistors, combine all modes in the effective output voltage. The output voltage level of the circuit is sensitive to the DNA presence and is unique for each DNA nucleobase. Analyzes have been performed for different central wavelengths and spectral width of the light source. Results show that the best sensitivity to the DNA molecule is 6.04, and the best selectivity is 1.1. These factors are directly related to the method's applicability for DNA translocation sensing and DNA sequencing; they are enormously improved. The proposed method and results shed light on a higher selectivity for DNA nucleobases which is the main bottleneck for nanopore DNA sequencing.Keywords: DNA, Sequencing, Transistor, Plasmonic, graphene, nanopore
-
در این مقاله، یک حسگر ضریب شکست (RI) مادون قرمز پلاسمونیک بر اساس ساختار فلز-عایق-فلز (MIM) با دو نانو میله طلا در لایه بالایی برای سنجش ضریب شکست آنالیت پیشنهاد شده است. مشخصه های حسگر نظیر حساسیت (S)، نصف حداکثر عرض کامل (FWHM) و معیار شایستگی (FOM) به ترتیب برابر nm/RIU842/736، 40 nm و 421/18 بدست آمده اند. از آنجا که فلزات نمیتوانند مولکول های زیستی را به صورت ایده ال جذب کنند و علاوه بر این ماهیت دو بعدی تحریکات جمعی در گرافن باعث می شود، حبس در گرافن از فلزات قوی تر باشد، یک لایه از گرافن برای افزایش حساسیت در حسگر استفاده می شود. نهایتا حسگر نانو میله طلا با وجود لایه گرافن بین نانو میله ها و دی الکتریک بررسی شده و مشخصه های حسگر با وجود لایه گرافن با ضخامت 2نانومتر و پتانسیل شیمیایی 7/0الکترون ولت برابرnm/RIU 571/778 S=،46 FWHM=و045/16 FOM= بدست آمده اند.
کلید واژگان: حسگر, پلاسمونیک, گرافن, فلز-عایق-فلز, حساسیتJournal of Iranian Association of Electrical and Electronics Engineers, Volume:19 Issue: 3, 2022, PP 105 -112In this study, a plasmonic infrared refractive index sensor (RI) based on the Metal-Insulator-Metal (MIM) structure by two gold nanorods in the top layer to measure the analytic refractive index has been proposed. Sensor characteristics such as Sensitivity (S), Full Width at Half Maximum (FWHM) and Figure of Merit (FOM) were calcuted 736.842 nm / RIU, 40 nm and 18.421, respectively.Since the two-dimensional nature of collective provocations in graphene makes plasmon imprisonment in graphen is more powerful than metals and in addition, the metals does not ideally absorb biological molecules, A graphene layer has been added to increase the sensitivity of the sensor. Finally, the gold nanorod sensor using graphene layer between the nanorods and dielectric was investigated and the characteristics of the sensor with thickness of graphene layer, 2 nm and chemical potential of 0.7 eV have obtained as S = 778.571 nm / RIU, FWHM = 46 and FOM = 16.045.
Keywords: Sensor, Plasmonic, Graphene, Metal-Insulator-Metal (MIM), Sensitivity -
در این مقاله، یک نانوموجبر هیبرید پلاسمونیکی متقارن بر پایه گرافن منحصر به فرد، برای هدایت امواج الکترومغناطیسی در طیف فروسرخ میانی پیشنهاد شده است. ساختار هندسی موجبر، از دو استوانه متقارن که در اطراف یک زیرلایه مستطیلی شکل با ضریب شکست بالا قرارگرفته، تشکیل شده است. سطح جانبی هر دو استوانه از تک لایه گرافن پوشیده شده است و همچنین استوانه ها و زیرلایه مستطیلی در یک محیط با ضریب شکست پایین قرار گرفته اند. در اینجا، ویژگی های مودال مد پلاسمون پلاریتون های سطحی با استفاده روش المان محدود بررسی شده است. وابستگی خواص انتشاری مدها به فرکانس موج فرودی، انرژی فرمی گرافن و ابعاد ساختار هندسی موجبر به طور جزیی محاسبه شده است. با توجه به ساختار منحصر به فرد موجبر طراحی شده، طول انتشار مدها نزدیک به 4600 نانومتر، ناحیه مد بهنجار شده از مرتبه 6-10 و معیار شایستگی نزدیک به 500 بدست آمده است. با توجه به نتایج بدست آمده از شبیه سازی، این ساختار محصورشدگی قوی زیر طول موج نور و عملکرد بالا در ناحیه فروسرخ میانی را به منظور استفاده در کاربردهای عملی در مدارات مجتمع فوتونیکی را دارا می باشد.
کلید واژگان: نانوموجبر, پلاسمونیک, گرافن و روش المان محدودIn this paper, a unique symmetric graphene-based plasmonic nano-waveguide is proposed to guiding electromagnetic waves in the mid-infrared spectrum. The geometric structure of the waveguide consists of two symmetrical cylinders arranged around a rectangular substrate with a high refractive index. The lateral surfaces of both cylinders are covered with a graphene monolayer, and the cylinders and rectangular substrate are placed in a low refractive index environment. Here, the modal model properties of surface plasmon polaritons are investigated using the finite element method. The dependence of the propagation properties of the modes on the frequency of the incident wave, the graphene Fermi energy and the dimensions of the geometric structure of the waveguide has been calculated in detail. Due to the unique structure of the designed waveguide, the propagation length of the modes is approximately 4600 nm , the normalized mode area is ~〖10〗^(-6) and the figure of merit is nearly 500. According to the simulation results, this structure has a strong confinement the light subwavelength and high performance in the mid-infrared region for use in practical applications in photonic integrated circuits.
Keywords: nano-waveguide, Plasmonic, graphene, finite element method -
در این مقاله، ما یک مدولاتور الکترو - اپتیک بر اساس جذب گرافن ارایه می کنیم. در این ساختار، گرافن بر روی اکسید آلومینیوم قرار گرفته که ساختار به صورت متناوب تکرار می شود. این ساختار متناوب گرافن بر اکسید آلومینیوم در داخل یک حفره نیم استوانه ای، درون یک کاواک نانو پرتو بلور فوتونی یک بعدی قرار گرفته است. برخلاف مقالات قبلی که کاواک نانو پرتو بلور فوتونی یک بعدی شامل حفره های استوانه ای بوده و نواحی مختلف با تغییر شعاع این حفره ها ایجاد می شد، در این ساختار از حفره های نیمه استوانه ای استفاده شده و با چرخش این نیم استوانه ها، نواحی مختلف ساختار کاواک نانو پرتو بلور فوتونی ایجاد می شود. این نوع بلور فوتونی دارای ضریب کیفیت بالایی است. همچنین این نوع مدولاتورها پس از ساخت به فضای کمی نیاز دارند، بنابراین گزینه بسیار مناسبی برای مدارهای مجتمع هستند. در این مقاله از روش دامنه محدود در حوزه زمان - سه بعدی برای تحلیل استفاده شده است. در این مدولاتور مشاهده می شود که با تغییر ولتاژ بایاس میزان پیک جذب و همچنین طول موج رزونانس آن تغییر میکند. در نتیجه این تغییرات، به عمق مدولاسیونی در حدود 7 دسی بل دست می یابیم. ساختار پیشنهادی ما می تواند کاربردهای بالقوه ای در مدارهای مجتمع نوری، به ویژه در فرکانس های مخابراتی داشته باشد.کلید واژگان: اکسید آلومینیوم, کاواک نانوپرتو بلور فوتونی, گرافن, مدولاتورIn this paper, we present an electro-optical modulator based on graphene absorption. In this structure, graphene is placed on aluminum oxide, the structure of which is repeated alternately. This alternating structure of graphene on aluminum oxide is located inside a semi-cylindrical cavity in a 1-dimensional photonic crystal nanobeam cavity. Unlike previous articles, which consisted of cylinder holes and different areas in the nanobeam cavity is formed by changing the radius of the holes, in this structure, semi-cylinder holes have been used and, different areas are formed by rotating these semi-cylinders. This type of crystal photonics has a high quality factor. Also, this type of modulator requires little space after construction, so they are a very good option for integrated circuits. In this paper, three-dimensional finite-difference time-domain method is used for analysis. In this modulator, it is observed that by changing the bias voltage, the amount of absorption peak and also its resonance wavelength are changed. As a result of these changes, we achieve a modulation depth of about 7dB. Our proposed structure can have potential applications in integrated optical circuits, especially in telecommunication frequencies.Keywords: Aluminum oxide, photonic crystal nanobeam cavity, modulator, Graphene
-
ضریب جذب نوری یک پارامتر کلیدی در عملکرد موفقیت آمیز ادوات الکترونیک نوری نظیر آشکارسازها، سلو ل های خورشیدی، مدولاتورها، فیلترها است. بدین منظور در این مقاله، یک جذب کننده دو باندی متشکل از یک ساختار فلز- گرافن- دی الکتریک- فلز که در طول موج های مخابرات نوری کار می کند، ارایه شده است. جهت به دست آوردن مشخصه جذب ساختار پیشنهادی از روش تفاضل محدود در حوزه زمان استفاده شده است. همچنین، تاثیر ضخامت نانوساختار فلزی رویی، لایه های دی الکتریک و زیرلایه فلزی بر مشخصه جذب نور در ساختار مورد بررسی قرار گرفته است. استفاده از گرافن تک لایه همراه با ساختار پلاسمونی سبب بهبود برهم کنش نور و گرافن شده و در نتیجه باعث افزایش جذب نور در ساختار شده است. نتایج نشان می دهد که برای این ساختار، جذب نور 95% در طول موج nm1310 و جذب نور 97% در طول موج nm1675 به دست می آید. بنابراین، این جذب کننده قابلیت کار در دو باند مخابرات نوری (باند O و باند U) به طور همزمان را دارا است. همچنین مدار معادل فرکانسی جذب کننده پیشنهادی نیز ارایه شده است که نتایج خروجی آن تطابق بسیار خوبی با نتایج شبیه سازی دارد.
کلید واژگان: جذب کننده نوری پلاسمونی, گرافن, مدل مداری, ضریب جذب, باندهای مخابرات نوری.Journal of Iranian Association of Electrical and Electronics Engineers, Volume:19 Issue: 2, 2022, PP 55 -63In optoelectronic devices such as photodetectors, solar cells, modulators, filters, etc., the optical absorption coefficient is a key parameter in successful device operation. To this end, in this paper, a dual band absorber, consisting of a metal-graphene-dielectric-metal structure which can operate at communication bands is presented. First of all, the light absorption characteristic has been achieved by finite difference time domain method and then the influences of the thicknesses of top metallic structure, dielectric and substrate layers on the light absorption of the structure have been analyzed. The results revealed that utilizing the graphene monolayer and the plasmonic structure improves the light-graphene interaction and in result, the graphene layer absorption. It is shown that the proposed structure has the light absorption of 95% at the wavelength of 1310nm and the light absorption of 96% at the wavelength of 1675nm. Therefore, this absorber has the ability of operating at two optical communication bands (O-band and U-band) simultaneously.
Keywords: Graphene, Light absorber, Optical Communications, Plasmonic -
در این مقاله یک جاذب کامل فرامواد غیرحساس به قطبش بر پایه گرافن در محدوده فرکانس تراهرتز ارایه شده است. این جاذب از یک لایه الگوی گرافن در بالای ساختار، یک لایه جداکننده دی الکتریک و یک لایه طلا در پایین ساختار تشکیل شده است. در ساختار پیشنهادی، قابلیت جذب کامل با حذف کامل تابش و نور منعکس شده و اتلاف کامل انرژی تابشی بررسی شده است. در ابتدا، ساختار پیشنهادی و فرآیند طراحی آن مورد بررسی قرار گرفته و نشان داده شد که در سه باند، نتایج جذب کامل در فرکانس های 2، 95/2 و 75/3 تراهرتز به ترتیب 5/93%، 8/99% و 1/98% محقق شده است. همچنین، مکانیسم فیزیکی عملکرد ساختار توسط توزیع سطحی میدان الکتریکی و همچنین تغییرات هندسی ساختار بررسی شده است. علاوه بر این، طراحی ساختار پیشنهادی با سطح گرافن این مزیت را فراهم کرده تا بتوان فرکانس تشدید را بدون تغییر مجدد ساختار پیشنهادی، توسط تغییرات سطح انرژی فرمی و زمان واهلش گرافن تنظیم نمود. با بررسی انجام شده، مشخص شد که جاذب کامل پیشنهادی فرامواد به قطبش حساس نبوده و نسبت به زاویه تابش تحمل بیشتری دارد. بر این اساس، جاذب باندوسیع پیشنهادی در این مقاله، در فیلتر، شناسایی، تصویربرداری، ردیاب های خورشیدی و سایر کاربردها دارای پتانسیل بالقوه است.کلید واژگان: جاذب کامل, فرامواد, گرافن, سه باند, قطبش, تراهرتزThis paper presents a graphene-based polarization-insensitive metamaterial perfect absorber at terahertz frequency range. The absorber consists of a graphene pattern layer at the top of the structure, a dielectric spacer layer, and an Au layer at the bottom of the structure. In the proposed structure, the ability of perfect absorption is investigated by the complete suppression of radiation and reflected light and the complete dissipation of incident energy. At the first, the proposed structure and its design process are verified and it is shown that in the three bands, the results of perfect absorption at frequencies of 2, 2.95 and 3.75 terahertz are achieved with absorption rates of 93.5%, 99.8% and 98.1%, respectively. Also, the physical mechanism of structure performance is investigated by the surface distribution of the electric field, as well as the geometric changes of the structure. In addition, the design of the proposed structure with graphene provides this advantage so that the resonant frequency can be adjusted by changing the Fermi energy level and graphene relaxation time without changing the proposed structure again. With the study, it is found that the proposed metamaterials perfect absorber is not sensitive to polarization and is more tolerant to the angle of incident radiation. Accordingly, the proposed broadband absorber in this paper has potential in imaging, detection, filtering, solar tracking and other applications.Keywords: Perfect absorber, metamaterial, Graphene, triple-band, polarization, Terahertz
-
Journal of Artificial Intelligence in Electrical Engineering, Volume:9 Issue: 34, Summer 2020, PP 34 -44
In the current study, the refractive index sensor based on Plasmonic Induced Transparency which is composed of graphene meta-material has been investigated. In this sensor one graphene flat layer has been employed it is worth mentioning that two rods have come out of it Plasmonic Induced Transparency was examined by means of symmetry failure. In addition, through using an important feature of graphene in controlled electrical conductivity by changing the voltage range of the frequency range, the Plasmonic Induced Transparency is controlled, besides light slowing was increased to 690. Its sensitivity is 14.88 um/RIU. The structural shape value is calculated as 48. This nanostructure, in addition to its bio-sensing capabilities, can be used for light slowing, optical switches, modulators.
Keywords: Biosensor, graphene, light slowing, controllability, Plasmon induced transparency -
در یک دهه اخیر مدارهای مجتمع نوری مانند مدولاتورها، پیشرفت چشم گیری در زمینه های مختلف مانند مخابرات نوری، تصویربرداری و سنسور داشته اند. از میان مواد فعال مورد استفاده در مدولاتورها، گرافن و اکسید قلع آلاییده با ایندیم (ITO) بهسبب ویژگی اپسیلون نزدیک به صفر (ENZ)، سرعت و پاسخدهی قابل توجه که دارند، یکی از گزینه های مناسب در بین مواد فعال برای عمل مدولاسیون است. در این مقاله، با اعمال تزویج مستقیم نور به طراحی ساختار مدولاتور پلاسمونیکی در حالت سه بعدی پرداخته شده است. با تغییرات ضخامت لایه های ITO، اکسید هافنیوم (HfO2) و عرض موج بر ساختار بهینه شده که ضخامت های بهینه 3 نانومتر برای لایه ITO، 5 نانومتر برای HfO2 و 280 نانومتر برای عرض موج بر به دست آمده است. نتایج شبیهسازی های سه بعدی این مقاله همراه با تزویج مناسب نشان داده شده که تلفات الحاقی در حالت سه بعدی نسبت به دو بعدی تغییر پیدا نکرده و پارامتر نسبت خاموشی مدولاتور اندکی کاهش یافته است. از سویی تزویج مناسب و بهینه، تاثیری در انرژی مصرفی نداشته است. نتایج شبیهسازی های سه بعدی نشان دهنده این است که مدولاتور پلاسمونیکی می تواند برای طول 1 میکرومتر مدولاتور، در ولتاژ 5/0 ولت و طول موج 55/1 میکرومتر به نسبت تمایز 9/13 دسیبل، تلفات الحاقی 9/2 دسیبل، سرعت مدولاسیون 9/140 گیگاهرتز و مصرف انرژی بسیار کم 5/1 فمتو ژول بر بیت دست پیدا کند و نشان دهنده کاهش قابل توجه در مصرف انرژی و بهبود نسبت تمایز نسبت به مدولاتورهای مشابه پیشین است. همچنین در طول 2 میکرومتر مدولاتور، نسبت تمایز 76/27 دسیبل، تلفات الحاقی 68/5 دسیبل، سرعت مدولاسیون 14/70 گیگاهرتز و مصرف انرژی برابر با 88/2 فمتو ژول بر بیت به دست آمده است.
کلید واژگان: اکسید قلع آلاییده با ایندیم, گرافن, سه بعدی, مصرف انرژی کم, مدولاتور پلاسمونیکی, نسبت تمایز بالاIn the last decade, optical integrated circuits, including modulators, have made significant progress in optical communications, imaging, and sensors. Among the active materials used in modulators, graphene and indium tin oxide (ITO) are some of the suitable options among the active materials for modulation action due to their epsilon-near-zero (ENZ) characteristics, speed, and considerable response. In this paper, by applying direct coupling of light, the structure of plasmonic modulator in three-dimensional mode has been designed. And by changing the thickness of ITO, HfO2 (hafnium oxide) layers and waveguide width, the structure is optimized. Optimization thickness of 3 nm for ITO, 5nm for HfO2 and 280nm for waveguide width is achieved. The results of three-dimensional simulations of this paper with appropriate coupling show that the insertion loss (IL) of three-dimensional mode have not changed and the extinction ratio (ER) of the modulator has been slightly reduced in comparison with two-dimensional mode .On the other hand, appropriate and optimal coupling has no effect on energy consumption.Three-dimensional results show that the proposed plasmonic modulator can achieve an extinction ratio of 13.9 dB, an insertion loss of 2.9 dB, modulation speed of 140.9 GHz and a very low power consumption of 1.51 fj/bit for a 1µm length of the modulator, at 0.5 V voltage and a wavelength of 1.55 µm. Our design demonstrates a considerable reduction in energy consumption and improvement in extinction ratio compared to previous works. Also, for a 2 µm length of the modulator, an extinction ratio of 27.76 dB, an insertion loss of 5.68 dB, modulation speed of 70.14 GHz and power consumption of 2.88 fj/bit is achieved.
Keywords: Graphene, High extinction ratio, Indium Tin Oxide, Low energy consumption, Plasmonic modulator, Three-dimensional -
ترانزیستورهای نانونوار گرافنی نوع شاتکی (SBGNRFET)، علیرغم ویژگیهای بارزی که نسبت به ترانزیستورهای متداول دارند، دارای جریان خاموش نسبتا زیاد و نسبت پایین میباشند. در این مقاله ساختار جدیدی از ترانزیستور نانونوار گرافنی نوع شاتکی ارایه شده که در آن گیت ترانزیستور به دو قسمت تقسیم شده است. به گیتی که در سمت درین قرار گرفته است، ولتاژ ثابت متصل شده و گیتی که در سمت سورس قرار گرفته است، گیت اصلی ترانزیستور میباشد. ساختار SBGNRFET ارایهشده با مشخصههای هندسی و فیزیکی و در بایاسهای متفاوت با استفاده از شبیهساز عددی مبتنی بر توابع گرین غیر تعادلی شبیهسازی شده و کارایی افزاره مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج شبیهسازی نشاندهنده بهبود نسبت Ion/Ioff تا 7/6 برابر در V 8/0= VDS میباشد. در این ولتاژ نسبت Ion/Ioff از 2/1 در ترانزیستور SBGNRFET معمولی به 01/8 در ترانزیستور جدید رسیده و جریان خاموش Ioff از µA 5 به µA 7/0 کاهش یافته است. همچنین در V 6/0= VDS، به عنوان ولتاژ تغذیه، نسبت Ion/Ioff از 97/3 به 8/15 و جریان خاموش Ioff از µA 63/0 به µA 16/0 رسیده است.
کلید واژگان: ترانزیستورهای نانونوار گرافنی نوع شاتکی (SB-GNRFET), شبیه سازی توابع گرین غیر تعادلی, نسبت جریان روشن به خاموش Ion, IoffSchottky-barrier-type graphene nanoribbon transistors (SB-GNRFET), despite their prominent characteristics compared to conventional transistors, have a relatively high off-current and a low Ion/Ioff ratio. In this paper, a new structure of SB-GNRFET is presented in which the gate of the transistor is divided into two parts. A constant voltage is connected to the gate located on the drain side, and the gate located on the source side is the main gate of the transistor. The proposed SB-GNRFET is simulated using non-equilibrium Green functions-based numerical simulator under different geometric and physical characteristics and in biases. The simulation results show Ion/Ioff ratio improvement of up to 6.7-fold at VDS = 0.8 V. At this voltage the ratio has increased from 1.2 in the normal SB-GNRFET transistor to 8.01 in the new transistor and the off current has been reduced from 5 µA to 0.7 µA. Also at VDS = 0.6 V, as the supply voltage, the Ion/Ioff ratio increased from 3.97 to 15.8 and the off current decreased from 0.63 µA to 0.16 µA.
Keywords: Schottky-barrier-type, graphene, nanoribbon, field-effect transistors (SB-GNRFETs), non-equilibrium Green functions (NEGF), simulation Ion, Ioff ratio -
طراحی و شبیه سازیسوییچ های نوری به علت استفاده بهینه ازپهنا و ظرفیت باند موجود در شبکه های مخابراتی دارای اهمیت بسیاری است. موضوع این مقاله شامل طراحی و شبیه سازی میکروحلقه رزوناتور و سوییچ های تمام نوری با تنظیم گرافنی است. در واقع در این مقاله به ارزیابی سوییچهای نوری برپایه ساختار میکروحلقه رزوناتور و تنظیم الکترواپتیکی آنها با اعمال ولتاژ به لایه گرافن به کاربرده شده پرداخته شده است..سوییچ طراحی شده به دلیل اندازه در حد میکرومتر دارای مقیاس پذیری بالایی است. در واقع در این مقاله با طراحی ساختارهای مختلف میکروحلقه رزوناتورها، سوییچ نوری با ضریب کاهشی و پهنای باند گسترده طراحی شده است.
کلید واژگان: سوییچ نوری, مقیاس پذیری, میکروحلقه رزوناتور, گرافنJournal of Iranian Association of Electrical and Electronics Engineers, Volume:18 Issue: 3, 2021, PP 65 -71The design and simulation of optical switches is of great importance due to the optimal use of the bandwidth and bandwidth available in telecommunication networks. The subject of this article includes the design and simulation of microprocessor resonators and all-light switches with graphene adjustment. In fact, this paper evaluates the optical switches based on the microstructure of the resonator and their electro-optical adjustment by applying voltage to the applied graphene layer. The designed switch has a high scale due to its micrometer size. In fact, in this article, by designing different micro-circuit structures of resonators, optical switch with decreasing coefficient and wide bandwidth has been designed.
Keywords: optical switch, scalability, resonator microring, graphene -
Scientia Iranica, Volume:27 Issue: 6, Nov-Dec 2020, PP 3084 -3095
In this paper, we propose a structure for graphene spaser and develop an electrostatic model for quantizing plasmonic modes. Using this model, one can analyze any spaser consisting of graphene in the electrostatic regime. The proposed structure is investigated analytically and the spasing condition is derived. We show that spasing can occur in some frequencies where the Quality factor of plasmonic modes is higher than some special minimum value. Finally, an algorithmic design procedure is proposed, by which one can design the structure for a given frequency. As an example, a spaser with plasmon energy of 0.1 eV is designed.
Keywords: Plasmonics, Graphene, Spaser, Quantum optics, Quantum wire -
ابتدا ساختار یکپارچه ای برای اینورتر گرافنی شامل ترانزیستور اثر میدان گرافنی و خط ارتباطی گرافنی ارایه می شود. دلیل ارایه ساختار یکپارچه برای اینورتر گرافنی حذف مقاومتهای اتصال اهمی، شاتکی و اثرات پارازیتی در محل اتصال خطوط ارتباطی فلزی متداول به گیت، سورس و درین ترانزیستور است. سپس با استفاده از مدل مداری ادوات گرافنی به کار رفته در ساختار پیشنهادی، مدل ماتریس انتقال مدار اینورتر گرافنی یکپارچه استخراج می شود. در مدل مداری ترانزیستور و خط ارتباطی و به تبع آن در ماتریس انتقال کلی اینورتر گرافنی یکپارچه، اثرات سلفی- خازنی و انواع پراکندگی ها لحاظ شده است. حذف مقاومتهای اتصال اهمی، شاتکی و اثرات پارازیتی باعث افزایش سرعت کاری اینورتر خواهد شد و استخراج ماتریس انتقال اینورتر گرافنی یکپارچه و محاسبه نمودارهای حوزه زمان، پایداری نسبی و پهنای باند فرکانسی موید این بهبود است. مزیت مدل ماتریس انتقال اینورتر پیشنهادی این است که هر گونه تغییر در پارامترهای فیزیکی نانونوارهای گرافنی به کار رفته در ساختار به سادگی در مدل مداری و روابط ماتریس انتقال وارد می شود و می توان اثرات ناشی از آنها را در کلیه ابعاد و تکنولوژیها بررسی کرد. با استفاده از مدل مداری و ماتریس انتقال استخراج شده می توان انواع تحلیلهای پایداری نظیر نایکوییست، بد، نیکولز و پاسخهای حوزه زمان - فرکانس اینورترهای گرافنی یکپارچه مورد استفاده در مدارات با مقیاس بزرگ را محقق کرد.
کلید واژگان: اینورتر گرافنی یکپارچه, ترانزیستور گرافنی, خط ارتباطی گرافنی, مدل ماتریس انتقال, پاسخ حوزه زمان, دیاگرام نایکوئیستA seamless graphene inverter including graphene nanoribbon field effect transistor (GNRFET) and graphene interconnect is proposed. The seamless structure is suggested to eliminate the ohmic, schottky, and parasitic resistances in the junction of the traditional interconnects with the Gate, Source and Drain of GNRFET. After that, using the circuit models of the graphene devices that are used in the proposed structure, transfer matrix model of the proposed seamless graphene inverter is calculated and extracted. All of the capacitive, inductive and scattering effects are included in the assumed circuit models of the GNRFET - graphene interconnect and consequently in the overall matrix model of the seamless graphene inverter. Elimination of the ohmic, schottky and parasitic resistances causes to improve in the working speed of the proposed inverter. Extraction of the transfer matrix model of the seamless graphene inverter and calculation of its step time response, relative stability and frequency bandwidth confirms this improvement. The advantage of the transfer matrix model of the proposed inverter is that any change in the physical parameters of the graphene nanoribbons that are used in the structure can be included in the model and one can analyze the effect of it in all of the technology nodes. Using the circuit model and the extracted transfer matrix, anyone can evaluates various stability analyses such as Nyquist, Bode and Nichols together with the time-frequency responses of the graphene seamless inverter used in very large scale integrated (VLSI) circuits.
Keywords: Graphene, inverter, interconnect, stability -
در این مقاله، از گرافن برای شکل دهی تنظیم پذیر پراکندگی استوانه عایق استفاده شده است. هدف، تغییر خصوصیات پراکندگی استوانه عایق به استوانه دیگر با شعاع دلخواه است. برای این منظور، ضرایب پراکندگی دو استوانه پوشیده شده با گرافن و هدف، به دست آورده شده است. با برابر قرار دادن ضرایب پراکندگی دو استوانه، امپدانس سطحی مورد نیاز گرافن برای دستیابی به هدف مورد نظر در دو فرکانس 3 و 4 تراهرتز، محاسبه شده است. با تغییرات مناسب در پتانسیل شیمیایی گرافن، ناشی از اعمال ولتاژ، این هدف به صورت کنترل پذیر، حاصل شده است. سطح مقطع راداری دو بعدی استوانه های بدون پوشش، هدف و پوشیده شده با گرافن از دو روش شبیه سازی و تحلیلی به دست آمده اند.
کلید واژگان: امپدانس سطحی, پراکندگی, سطح مقطع راداری, گرافنIn this paper, graphene has been designed for tunable scattering manipulation of a dielectric cylinder. The goal is changing scattering properties of a dielectric cylinder to ones of another cylinder with desired radius. For this purpose, scattering coefficients of the covered and target cylinders have been achieved and equated. Required surface impedance of the graphene in order to obtain the considered goal in the frequencies of 3 and 4 THz has been derived. By properly tuning the chemical potencial of the graphene, caused by induced voltage, this goal has controllably been achieved. Total scattering widths of the bare, target and covered cylinders are obtained from numerical simulations and analytical calculations.
Keywords: Surface impedance, Scattering, Radar cross section, Graphene -
در این مقاله، با کاهش توان مصرفی، برای اولین بار نقش فناوری نوظهور گرافین بر افزایش امنیت در برابر حمله تحلیل توان در مدارهای جمع کننده دیجیتالی بررسی شده است. روش های طراحی استاتیک (static) و منطق مد جریانی (CML) برای طراحی جمع کننده ها یک، چهار و هشت بیتی در فناوری های سیلیکون و گرافین بکار گرفته شده است. در شبیه-سازی برای ترانزیستورهای گرافینی از یک مدل سازگار با SPICE و برای ترانزیستورهای سیلیکونی FINFET از یک مدل PTM استفاده می شود. تحلیل نتایج نشان می دهد که جمع کننده های static مبتنی بر گرافین، کمترین مصرف انرژی را دارند. همچنین تحلیل بالازدگی ها و انحراف معیار در دنباله توان یک جمع کننده 8 بیتی تایید می کند که جمع کننده CML مبتنی بر گرافین (G-CML) مقاوم ترین طرح در برابر حمله تحلیل توان در میان طراحی های static و CML است. نهایتا یک روش ترکیبی جدید با ارائه یک مدار پیشنهاد می شود که در آن امنیت با ایجاد بینظمی در دنباله توان افزایش یافته است زیرا امکان تشخیص صحیح داده با مشکل مواجه می شود. بر این اساس جمع کننده طراحی شده با روش پیشنهادی ضمن کاهش توان مصرفی نسبت به جمع کننده CML، امنیت بالاتری را با ایجاد الگویی متمایز در دنباله توان به همراه دارد.کلید واژگان: جمع کننده کم توان امن, گرافین, FET گرافینی, منطق مد جریانIn this paper, for the first time, the role of graphene-based emerging technology has been investigated in digital adder circuits. The aims are to decrease power consumption and enhance security against power analysis attack. Static and current mode logic (CML) styles are employed to design one, four, and eight-bit adders in silicon and graphene technologies. In simulations, a SPICE-compatible model for graphene transistors and a PTM model for silicon FINFET transistors are used. Results reveal that the graphene-based static adders show the least power consumption. For an 8-bit adder, power overshoots and standard deviation from power traces confirm that a graphene-based CML (G-CML) adder is the most robust scheme against power analysis attack among the static and CML designs. Eventually, a new hybrid approach is proposed by providing a circuit in which security is enhanced by creating an irregularity in the power trace and this makes the data detection more difficult. Accordingly, an adder based on the proposed approach yield higher security with a different pattern of a power trace and also contains lower power consumption than pure CML-based adders.Keywords: Secure low-power adder, graphene, graphene FET, Current mode logic
-
Scientia Iranica, Volume:26 Issue: 3, May-Jun 2019, PP 1973 -1979Graphene is a thin sheet with special properties and complicated mechanical behavior. It’s important to study graphene experimentally and theoretically. Stone–Wales defects, cracks and atom vacancy are popular defects in carbon allotropes especially in graphene. In this paper, residual strain in graphene was discussed. At first, stress-strain curve of non-defected graphene sheet was obtained using molecular dynamics simulation and effect of temperature on mechanical properties of graphene was obtained. Then, four different cracks were considered in center of graphene sheets. Stress-strain curves of defected graphene sheets with different tension strain rates were plotted. The results showed that cracks lead to the graphene to fracture sooner. Also, increasing temperature lead to the Young’s modulus of graphene decreases and graphene fractured at lower strain. On the other hand, residual strain of non-defected and cracked graphene increased by increasing temperature from 200 K to 1200 K. It means that graphene had more plasticity behavior by increasing temperature.Keywords: graphene, stress-strain curve, Molecular dynamics, Residual strain, center cracked
-
Scientia Iranica, Volume:26 Issue: 3, May-Jun 2019, PP 1962 -1972SU8 is commercial epoxy-Novolac resin, a negative tone photoresist with outstanding mechanical properties. Its nanocomposites have also been considered as a research material. In order to obtain insights about the SU8 nanocomposites with graphene the present work was conducted to simulate the mechanical properties using multiscale simulationmethodatomistic, meso and macro scales. This has started from molecular dynamics, then moved to coarse grain and finally reached to macroscale. Peridynamics is the methodology which is governed throughout the work. Top-down and bottom-up loop has to be employed in order to confirm the total results. A tensile deformation is applied to a 2D plane at the upmost scale to result in an internal pressure. This is transferred to the lower scale in the next step as the external pressure. The procedure continues down until the molecular scale is reached. However, bottom-up strategy requires a bridging model to link the molecular scale to upper scales. The check point is the deformation values which have to be in the same order independent of top-down or bottom-up movement. At 2.1 wt.% of graphene in SU8, increased Young’s, bulk and shear modulus were calculated (62, 200, and 82 % respectively) compared to the neat SU8.Keywords: Multiscale, Molecular dynamics, Peridynamics, Simulation, SU8, graphene, Nanocomposite
-
با کشف ماده دوبعدی گرافن، ساخت و پیاده سازی مدارهای الکترونیکی در فرکانس های تراهرتز و نوری سرعت بیشتری پیدا کرده است. بنابراین مبحث شیلد الکترومغناطیسی در مدارهای تراهرتز و کاهش اثرات مخرب بخش های مختلف مدار بر یکدیگر حائز اهمیت است. در این مقاله با استفاده از ساختارهای متناوب گرافنی، دو نوع شیلد الکترومغناطیسی در فرکانس تراهرتز پیشنهاد می شود. باتوجه به قابلیت تنظیم پذیری رسانایی در گرافن، می توان شیلدهای پیشنهادی را در فرکانس کاری موردنظر تنظیم کرد. برای تسریع محاسبات ضریب کارایی شیلد، ابتدا مدلی مداری به فرم بسته برای ساختار گرافنی پیشنهاد شده و سپس با استفاده از روش خط انتقال کارایی شیلد محاسبه می شود. مقایسه نتایج به دست آمده با نتایج حاصل از نرم افزار تجاری CST-MWS دقت و سرعت بالای روش خط انتقال را نشان می دهد. در انتها تاثیر عواملی مانند تعداد لایه ها، ضخامت لایه های SiO2، پهنای نوارهای گرافن، فاصله بین دو سلول گرافن، تاثیر انرژی فرمی های مختلف و تابش مایل بر کارایی شیلد ساختارهای پیشنهادی مورد بحث قرار گرفته است که باعث می شود اطلاعات جامعی برای طراحی شیلد در اختیار خوانندگان محترم قرار گیرد.کلید واژگان: شیلد امواج الکترومغناطیسی, ساختارهای متناوب گرافنی, گرافن, طیف تراهرتز, مدل مداری معادلSince graphene discovery, designing and implementation of electronic circuits have been developed in the THz and optical frequencies to achieve ultrafast responses. Thus, electromagnetic shielding due to its protection effects against disturbances caused by adjacent elements has emerged as a vital issue in circuit designing. In this paper, two types of electromagnetic shields are proposed in the THz regime. Regarding the adjustability of graphene’s conductivity, one can easily tune the frequency response in order to adapt it with the frequency range in which their circuit works. In order to accelerate the computation of shield efficiency factor, firstly an equivalent circuit model is proposed as a closed-form expression, and then shield efficiency can be achieved using transmission line model. Comparisons indicate that the results derived from the proposed method are in high accordance with those of CST-MWS commercial software. Finally the effects of the number of layers, the thickness of SiO2 layers, the width of graphene ribbons, the gap between the two individual cells, Fermi energies, and oblique incident on the shielding effectiveness of the proposed structure are discussed in details for interesting readers.Keywords: Electromagnetic shield, periodic graphene-based structures, graphene, terahertz regime, equivalent circuit model
-
در این مقاله، با استفاده از روش مدار الکتریکی معادل، مطالعه تحلیلی برای چگالی های انرژی الکتریکی و اتلافی در گرافین ارائه شده است. در قدم اول، تحریکات الکترونی برروی سطح گرافین به صورت یک لایه بی نهایت نازک از شاره الکترون توصیف شده است و الکترون های به طور کامل نادیده گرفته شده اند. سپس عبارت های کلی برای چگالی های انرژی الکتریکی و اتلافی, با استفاده از یک معادله حرکت ساده برای یک الکترون از شاره الکترونی (که در معرض یک میدان الکتریکی وابسته به زمان خارجی قرار گرفته است) در ارتباط با روش مدار الکتریکی معادل، به دست آمده اند. در قدم بعد، در محدوده فرکانس های بالا، با استفاده از فرمول رسانندگی سیستم که اخیرا ارائه شده است، مسئله در مدل دو شاره ای بررسی شده است.کلید واژگان: انرژی الکتریکی, اتلاف, گرافین, مداری الکتریکی معادلIn this paper, by using the equivalent electrical circuit method, an analytical study for the electrical and dissipated energy densities in graphene is presented. In the first step, electronic excitations on the graphene surface are described by an infinitesimally thin layer of electron fluid, ignoring the electrons completely. Then, general expressions of electrical and dissipated energy densities are obtained by using a simple equation of motion for an electron of the electron fluid (that is subjected to a time dependent external electric field) in conjunction with the equivalent electrical circuit method. In the next step, in the range of high frequencies, by means of the conductivity formula of the system that is recently presented, the problem is investigated in a two-fluid model.Keywords: electrical energy, dissipation, graphene, equivalent electrical circuit
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.