فهرست مطالب

فیزیک کاربردی - سال دهم شماره 2 (پیاپی 21، تابستان 1399)

مجله فیزیک کاربردی
سال دهم شماره 2 (پیاپی 21، تابستان 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/04/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • داود رئوفی* صفحات 5-15
    ضرایب اپتیکی و ضخامت لایه های نازک در بسیاری از شاخه های علوم و فناوری پارامترهای اساسی محسوب می شوند. بیضی سنجی روش شناخته شده و قدرتمندی برای محاسبه پارامترهای اساسی لایه های نازک، به واسطه داشتن قابلیت های غیرتخریبی و دقت آن است. در این مقاله، یک بیضی سنج تکفام که در مقایسه با دیگر بیضی سنج های مرسوم نسبتا ساده و ارزان است، طراحی کرده ایم. منبع نور به کاررفته در این طراحی یک لیزر هلیوم نیون با طول موج 633 نانومتر است. برای اندازه گیری پارامترهای بیضی سنجی (𝜓, Δ) از روش بیضی سنجی تحلیلگر چرخان در زوایای فرود مختلف استفاده شده است. کارایی و دقت این روش از طریق محاسبه ضرایب اپتیکی و ضخامت لایه نازک دی اکسید تیتانیم (TiO2)، با پارامترهای اپتیکی معلوم، آزموده شد. به منظور افزایش دقت اندازه گیری ها، پارامترهای بیضی سنجی (ψ و Δ) از نواحی مختلف سطح لایه استخراج شد. ضریب شکست زیرلایه مقدار 48/1 و ضریب شکست لایه و ضریب خاموشی لایه و ضخامت لایهنازک به ترتیب، مقادیر 58/2 و 04/0 و 60/49 نانومتر به دست آمد. این نتایج، که از برازش منحنی داده های حاصل از بیضی سنجی و نیز اعمال روش وارونه سازی استخراج شده اند، صحت و کارایی چیدمان طراحی شده را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: بیضی سنجی تکفام، بیضی سنج تحلیلگر چرخان، پارامترهای بیضی سنجی، لایهنازک
  • سمیه زارع* صفحات 17-28
    با عبور باریکه لیزر پرشدت‏ از پلاسما و تولید الکترون های نسبیتی، تغییر ضریب شکست پلاسما به گونه ای است که پلاسما مانند یک عدسی همگرا، باریکه لیزر را متمرکز می کند. در این مقاله، خودکانونی نسبیتی باریکه در پلاسمای کوانتمی برخوردی با فرض چگالی رمپ مطالعه می شود. با استفاده از تقریب پیرامحوری و WKB، معادلات کوپل شده ای برای پارامتر پهنای باریکه منتشرشده در پلاسمای مفروض به دست می آید که با روش رانگ کوتای مرتبه چهار به صورت عددی حل می شود. ابتدا با چشم پوشی از برخوردها در پلاسما، تاثیر گرادیان چگالی در خودکانونی بررسی می شود. مشاهده خواهد شد که با افزایش چگالی، بسامد نوسان های پهنای باریکه افزایش و دامنه نوسان و کمینه پهنای باریکه کاهش می یابد. اما در پلاسمای برخوردی به علت جذب انرژی لیزر، دامنه نوسان پهنا در راستای انتشار افزایش می یابد تا بالاخره باریکه از عمق مشخصی واگرا شود. پس با افزایش چگالی نیز آهنگ جذب بیشتر شده و باریکه با بسامد و دامنه بزرگ تری نوسان کرده و از عمق کمتری واگرا می شود، اما کمینه پهنا مشابه پلاسمای بی برخورد کاهش می یابد. همچنین، با افزایش بسامد برخورد، انرژی لیزر سریع تر افت می کند و باریکه با دامنه بزرگ تری نوسان کرده و نفوذ کمتری در پلاسما خواهد داشت. سپس خودکانونی در پلاسماهای کوانتمی قوی و ضعیف و کلاسیکی مقایسه می شوند. با کاهش دمای پلاسما و افزایش اثرات کوانتمی، مغناطیدگی حاصل از مولفه وابسته به زمان نیروی پاندرماتیو بیشتر می شود و خودکانونی قوی تری رخ می دهد. آن گونه که باریکه در پلاسمای کوانتمی قوی، با دامنه و کمینه پهنای کوچک تر و عمق نفوذ و نواخت تکرار بزرگ تری نوسان خواهد کرد.
    کلیدواژگان: پلاسمای کوانتمی، اثر خودکانونی نسبیتی، پارامتر پهنای باریکه، پلاسمای برخوردی
  • زهرا کیکاووسی، سعیده شعاری نژاد*، محمدرضا مظفری صفحات 29-38

    کنترل نظم و سمت گیری ملکول های بلور مایع توسط سطوح محدودکننده، از دلایل اهمیت استفاده آن ها در صنایع مختلف است. چنگ زدگی سطحی در مجاورت سطوح مرزی، از مهم ترین ویژگی های این مواد به شمار می رود. انرژی برهم کنشی در سطوح محدودکننده تخت، در چارچوب نظریه راپینی پاپولار قابل بررسی است. اما سطوح غیرتخت در چارچوب هایی مانند نظریه فوکودا باید بررسی شود. عموما در بررسی های نظری، از اثر انرژی شبه سطحی چشم پوشی می کنیم. در این مقاله، ما با در نظر گرفتن اثر این انرژی در انرژی سطحی، تغییرات میدان جهت نما و انرژی چنگ زدگی یک تیغه با سطحی به شکل سینوسی با دامنه مشخصی را بررسی می کنیم و بستگی صریح انرژی دستگاه به پارامترهای هندسی آن نظیر دامنه شیارها را بررسی می کنیم. به این منظور، تیغه نماتیک با دو سطح مرزی بی نهایت در نظر می گیریم و انرژی چنگ زدگی را با استفاده از نظریه فوکودا برای لایه گذار سطحی در مجاورت سطح شیاردار سینوسی به دست می آوریم. سپس تغییرات مولفه های میدان جهت نما و انرژی چنگ زدگی را برای این تیغه تحت اثر میدان الکتریکی، بررسی می کنیم. نشان می دهیم که بیشترین انرژی چنگ زدگی، متناظر با شرایطی است که میدان خارجی وجود ندارد. همچنین در می یابیم که حضور میدان به کاهش روند تغییرات انرژی چنگ زدگی می انجامد.

    کلیدواژگان: بلور مایع نماتیک، انرژی چنگ زدگی، میدان الکتریکی
  • حمدالله صالحی*، صغری بهرامی ده تونی صفحات 39-48

    در این مقاله، پارامترهای ساختاری از جمله ثابت های شبکه، مدول حجمی و مشتق آن، پایداری و ساختار نواری ترکیب InAs در دو فاز بلندروی و ورتسایت بررسی شده است. محاسبات در چارچوب نظریه تابعی چگالی و با روش شبه پتانسیل بارپایسته توسط بسته نرم افزاری اسپرسو انجام شده است. نتایج به دست آمده و از جمله مقادیر ثابت شبکه محاسبه شده با نتایج تجربی در سازگاری خوبی هستند. نتایج بیان گر آن است که فاز بلندروی پایدارتر است و InAs در هر دو فاز، نیم رسانایی با شکاف کوچک است. همچنین، نتایج حاصل از مشارکت اربیتال های مختلف نشان می دهد که در نوار رسانش همپوشانی قوی بین اربیتال های p از اتم های In و As و اربیتال s از اتم In است، در حالی که در بالای نوار ظرفیت هم پوشانی اربیتال های p از اتم های In و As غالب است.

    کلیدواژگان: InAs، نظریه تابعی چگالی، کوانتوم اسپرسو، شبه پتانسیل
  • ضحی عامری* صفحات 49-55

    این مقاله مروری است بر تولید تراهرتز بر اساس روشی موسوم به”پالس لیزر دورنگ“که در آن از طریق متمرکز کردن پالس و هماهنگ دوم آن به طور همزمان در نمونه گازی در خروجی، پالس تراهرتز تولید می شود. چیدمان تولید تراهرتز در این روش و فرایندهای فیزیکی دخیل در تولید و مقبول ترین دلیل برای تقویت پالس تراهرتز تولیدی ذکر شده است. همچنین، نقش اختلاف فاز بین پالس اصلی و هماهنگ دوم در پالس خروجی بررسی شده است. در بخش انتهایی مقاله به دامنه تراهرتز تولیدشده به ازای اختلاف فازهای مختلف بین دو دامنه پرداخته شده است. در این روش تولید، از بلور غیرخطی استفاده می کنیم و فرایند تولید فرایندی غیرخطی است. در نتیجه، به نقش بلور غیرخطی در فرایند تولید پالس تراهرتز، جایگاه آن در چیدمان اپتیکی و مزیت استفاده از آن نیز اشاره شده است.

    کلیدواژگان: تولید تراهرتز، پالس لیزر دورنگ، تقویت تراهرتز
  • مصطفی کرمی*، پارسا زمانی صفحات 57-76
    در این تحقیق، ساختار ترازی نقاط کوانتمی دوگانه دوالکترونی، برحسب محل تقاطع ترازهای انرژی یک سامانه پنج ترازی مدل شده است. این کار انجام شده است تا علل رویداد تشدیدهای چندفوتونی و تفاوت رفتار آن ها را به ازای مضارب فرد و زوج انرژی فوتون در مجاورت گذارهای بار بین نقطه ای که نمایانگر وابستگی نامیزانی جریان به این عدم تقارن است، توضیح دهیم. ابتدا با استفاده از تقریب های قوی میدان و غیر بی درو، فاز تداخل و آهنگ های گذار تا مرتبه چهارم برای نامیزانی های صفر و دلخواه محاسبه شدند. سپس با شبیه سازی عددی و تحلیل آن، جریان در وضعیت سدشدگی اسپینی محاسبه شد، که با جریان اندازه گیری شده در آزمایش ها بر روی نقاط کوانتمی دوگانه GaAs وInAs ، سازگاری کامل دارد. در پایان نشان داده شد که نتایج حاصل از این مدل، شامل همه خصوصیات مهم و بارز داده های موجود در مشاهدات تجربی است و این تفاوت رفتاری تشدیدها به ازای مضارب صحیح بسامد، مختص سامانه های چندترازی در معرض میدان های کاربردی بزرگ دامنه است. این مطالعه با انواع سامانه های چندترازی مقیاس نانو و میکرو، حالت جامد و اتمی یا ملکولی ارتباط تنگاتنگی دارد.
    کلیدواژگان: تداخل های کوانتمی چندترازی، تشدیدهای چندفوتونی، اثر مضارب فرد زوج، رژیم دو الکترونی، جریان پس زمینه
|
  • Davood Raoufi * Pages 5-15
    The optical coefficients and thickness of thin films are essential parameters in many branches of science and technology. Ellipsometry is a well-known and powerful technique for calculating the essential optical parameters of thin films, due to its accuracy and non-destructive capabilities. In this paper, a single wavelength (SW) ellipsometer which is relatively simple and inexpensive compared to other conventional ellipsometers have been designed. The light source used in this design was a He-Ne laser with wavelength of 633 nm. Rotating analyzer ellipsometry (RAE) technique at different incidence angles was used to measure the ellipsometry parameters (𝜓, Δ). The efficiency and accuracy of this method were examined by calculating the optical coefficients and thickness of TiO2 thin film (with known optical parameters). In order to increase accuracy of measurements, the ellipsometry parameters (𝜓, Δ) were acquired from different regions of the film surface. Refractive index obtained for the substrate was 1.48 and refractive index, extinction coefficient and film thickness obtained for TiO2 thin film, was 2.58, 0.04 and 49.60 nm, respectively. These results, extracted from the ellipsometry data curve fitting and employing the numerical inverse method, showed the efficiency and reliability of designed configuration.
    Keywords: Single wavelength ellipsometry, Rotating Analyzer Ellipsometer (RAE), Ellipsometry parameters, Thin film
  • Somaye Zare * Pages 17-28
    When an intense laser beam propagates in plasma, due to relativistic electrons resulting from the laser electric field, the plasma refractive index alters. Subsequently, the plasma behaves initially similar to a positive lens that decreases the laser spot size. In this article, the propagation of the laser beam in collisional quantum plasmas is investigated with considering a ramped density profile. Using WKB and paraxial approximations through parabolic equation, a mathematical formulation for the beam width parameter is obtained from the wave equation. Acquired equations are numerically solved by employing the fourth-order Runge-Kutta method. In the collisionless plasma, by increasing the ramp slope, the beam width focuses with less oscillation amplitude, smaller laser spot size and more oscillations. In the collisional quantum plasma, due to energy absorption, the oscillation amplitude enhances by passing through the plasma and the laser beam defocuses at a few lengths. For the greater values of the slope and the collision frequency, the laser spot size oscillates with the higher amplitude and defocuses in a shallower plasma depth. Also, greater plasma density results in smaller laser spot size and bigger oscillation frequency. Then, this effect is compared in the strong and weak quantum and classical plasmas. Decreasing the plasma temperature improves the magnetization due to the ponderomotive force related to the time variation, the beam-width oscillates with greater frequency and deeper penetration in the strong quantum plasma in comparison with the weak quantum or the classical cases.
    Keywords: Quantum plasma, Relativistic Self-Focusing Effect, Beam Width Parameter, Collisional Plasma
  • Zahra Keikavousi, Saeedeh Shoarinejad *, MohammadReza Mozaffari Pages 29-38

    Controlling the orientational ordering of liquid crystal molecules by confined surfaces is one of the main reasons for the widespread use of liquid crystals in the industry. The anchoring condition is an essential feature of the liquid crystalline materials in vicinity of boundaries. As known, surface interaction energy in a confined liquid crystal can be studied in the framework of Rapini-Papoular model. However, for the uneven surfaces, other models, such as a model based on Fukuda theory should be used. The surface-like energy is not usually considered in energy calculations. In this work, we consider a nematic slab confined with two infinite surfaces and investigate the director field and anchoring effects in the total energy of the slab with a sinusoidal surface by taking into account this term of energy. We consider a surface with a grooved sinusoidal form and calculate the anchoring energy within the framework of Fukuda theory. We also obtain the dependence of energy on geometric parameters, such as grooves amplitude. By utilizing theoretical model proposed by Fukuda, we determine the director components and anchoring energy of the system under an external electric field. The variation of the director components and surface effects are discussed. It is shown that the anchoring energy has a maximum value in the absence of the field. Moreover, we find that the trend of anchoring energy variations is reduced due to the presence of an electric field.

    Keywords: Nematic liquid crystal, Anchoring energy, Electric field
  • Hamdollah Salehi *, Soghra Bahrami Dehtooti Pages 39-48

    In this paper, we have calculated the InAs structural parameters such as lattice constant, bulk modulus and its derivative, stability and density state in zincblende and wurtzite phases. The calculations have been performed using pseudopotential method in the framework of density functional theory by Espresso package. The calculated structural parameters are in good agreement with experimental results. The results showed that zincblende phase is more stable than wurtzite phase and InAs in zincblende and wurtzite phases is a narrow gap semiconductor. Also, the results of the contribution of different orbitals show that in the conduction band, there is a strong overlap between p orbitals of In and As atoms and the orbital s of In, while at the top of the valence band, the overlap of p orbitals of In and As atoms is predominant.

    Keywords: InAs, density functional theory, Quantum Espresso, Pseudopotential
  • Zoha Ameri * Pages 49-55

    This paper is a review on Terahertz generation, based on a method called “Two-Color Laser Pulses”, in which terahertz pulse is generated by focusing a pulse and its second harmonic into gas target at the same time, in the output. Terahertz generation set up, physical processes involved in terahertz generation in this method and the most acceptable reason for the amplification of terahertz pulse in this process is discussed. Also, the role of phase difference between the laser pulse and its second harmonic for generated pulse is reviewed. At last, generated THz amplitude based on different phases between the two amplitudes is surveyed. Nonlinear crystal is used in this generation method and the method of generation is a nonlinear process. Therefore, the role of nonlinear crystal in the process of Terahertz pulse generation, its position in optical set-up and the advantage of using it, are pointed out.

    Keywords: Terahertz Generation, Two-Color laser pulses, Terahertz Amplification
  • Mostafa Karami *, Parsa Zamani Pages 57-76
    In this research, level structure of two-electron double quantum dots in terms of energy levels crossings a five-level system is modeled. This work is done for explaining reasons of happening multiphoton resonances and their different behavior for the odd and evenmultiples of photon energynear interdot charge transitions that shows the current detuning dependence on this asymmetry. First, interference phase and transition rates up to fourth order for zero and arbitrary detunings were calculated making use of non-adiabatic and strong-field approximations. Second, by numerical simulation and its analysis, the steady-state current is calculated in spin-blockaded situation that it perfectly agrees with the measured current in experiments done on InAs and GaAs double quantum dots. At last, it was shown that the obtained results in this model contain all main features of the experimental data and this behavioral difference of resonances for the frequency integer multiples is specific to multilevel systems in the presence of the large-amplitude applied fields. This study is closely related to the nano and micro scales, solid state and atomic or molecular systems.
    Keywords: multilevel quantum interferences, multiphoton resonances, odd-even multiple effect, two-electron regime, background current