فهرست مطالب

فیزیک کاربردی - سال دهم شماره 3 (پیاپی 22، پاییز 1399)

مجله فیزیک کاربردی
سال دهم شماره 3 (پیاپی 22، پاییز 1399)

  • تاریخ انتشار: 1400/02/19
  • تعداد عناوین: 6
|
  • احمد ذاتی رستمی*، حکمت مومن اف، علی محمد خال اف، فرشید مفید نخعی صفحات 5-16

    پلاتین عنصری گران است که به دلیل خواص الکتروکاتالیستی و رسانندگی فوق العاده آن به صورت گسترده در یاخته های خورشیدی حساس شده با رنگ به کار می رود. برای دست یابی به صرفه اقتصادی یاخته های خورشیدی حساس شده با رنگ، باید اجزای گران آن را با مواد ارزان تر تعویض کرد. به همین دلیل، در این تحقیق پیشنهاد می شود که از کامپوزیت دو ماده ارزان کربن سیاه و سلنید قلع به جای پلاتین در یاخته های خورشیدی استفاده شود. ما نسبت های گوناگون این دو ماده را با هم ترکیب می کنیم تا به حالت بهینه دست یابیم. سپس، الکترود مقابل بهینه را در ساخت یاخته رنگدانه ای استفاده کردیم و به بازده مطلوبی در حدود 5% دست یافتیم که کاملا نزدیک به الکترود مقابل از جنس پلاتین بود. نتایج این پژوهش را می توان به عنوان تسهیل کننده در تولید یاخته های خورشیدی حساس شده با رنگ به کار برد.

    کلیدواژگان: کربن سیاه، قلع سلناید، سلول خورشیدی حساس شده با رنگ، بازدهی
  • رضا صابر*، منصوره کریمی مشکانی، ایرج براتلو، میترا عابدینی صفحات 17-34

    در این مطالعه امکان انجام لیتوگرافی در مقیاس نانومتری در شرایط اتمسفر محیطی با کمک میکروسکوپ STM بررسی و پارامترهای بهینه برای انجام این کار مشخص شد، تا گام نخستی برای پیشرفت های آینده در زمینه ساخت نانوزیست تراشه ها و سامانه های نانوالکترومکانیکی برای تشخیص و بعضا درمان در زمینه پزشکی باشد. آزمایش ها نشان داد که لیتوگرافی با میکروسکوپ STM با تکرارپذیری بسیار خوبی انجام می شود. به کمک میکروسکوپ STM، ابتدا نانوساختارهایی به شکل نقاط برآمده بر سطح ایجاد شد. نانوساختارها بر سطوح طلا به وسیله نوک های تنگستن، طلا، پلاتین پالادیوم و رمانیم ایجاد شد و هدایت الکتریکی طلا با مقاومت الکتریکی 9-10×1/22 در روند ساخت نانوساختارها نتایج بهتری را نشان داد. مشخص شد که ولتاژ استفاده شده در لیتوگرافی در ایجاد نانوساختار تاثیرگذار است، همچنین این عامل در اندازه نانوساختارها نیز موثر است به طوری که با افزایش ولتاژ اندازه نانوساختارها نیز بزرگ می شود. به علاوه، سرعت حرکت نوک در حین انجام لیتوگرافی عامل موثر دیگری است که در اندازه نانو ساختار و پیوستگی آن تاثیرگذار است. زمان بین تپ های متوالی نیز در مرتب بودن نانوساختارها و پیوستگی آن ها موثر است و باید بر حسب شرایط و هدف لیتوگرافی مقدار آن مشخص شود. اندازه نانوساختارهای ایجادشده در این مطالعه بین 20 تا 150 نانومتر بود. انجام فرایند لیتوگرافی به صورت کاملا تکرارپذیر تا حداقل ولتاژ 3 ولت و حداکثر سرعت 150 نانومتر در ثانیه بر سطح طلا صورت گرفت. شکل هندسی نوک، رطوبت و دما نیز احتمالا جزء عامل های تاثیرگذارند که بررسی تاثیر این پارامترها مستلزم مطالعات بیشتر است.

    کلیدواژگان: لیتوگرافی، STM، تیپ، نانوساختار، سرعت حرکت
  • حامد علیپور بنائی*، فرهاد مهدیزاده صفحات 35-45

    رمزگشاهای تمام نوری نقشی کلیدی در طراحی و پیاده سازی سیستم های پردازش تمام نوری ایفا می کنند. سرعت و توان سوییچ زنی و ابعاد ساختار از جمله مهمترین پارامترهایی هستند که باید در طراحی افزاره های تمام نوری مورد توجه قرار بگیرند. در این تحقیق با استفاده از دو کاواک تشدید غیرخطی مبتنی بر بلورهای فوتونی ساختاری برای طراحی و پیاده سازی رمزگشای تمام نوری ارایه شده است. کاواک های تشدید غیرخطی با اضافه نمودن میله های غیرخطی از جنس شیشه آلاییده شده در داخل کاواک ایجاد شده اند. ساختار ارایه شده دارای یک درگاه فعال ساز، یک درگاه ورودی و دو درگاه خروجی است. در صورت خاموش بودن درگاه فعال ساز، بدون توجه به وضعیت درگاه ورودی، هر دو درگاه خروجی خاموش خواهند بود. در طراحی این ساختار به یک ورودی فعال ساز و یک ورودی کنترل نیاز داریم. درگاه ورودی فعال ساز بطور مستقیم با استفاده از یک موجبر فرعی به موجبر اصلی وصل شده است. ورودی کنترلی رمزگشا که همان درگاه ورودی اصلی رمزگشا 1 به 2 است به واسطه یک تقسیم کننده توان نوری به موجبر اصلی وصل شده است. همچنین برای بهبود راندمان انتقال نور از درگاه فعال ساز به موجبر اصلی، دو نقص نقطه ای با شعاع 60 نانومتر در محل اتصال موجبرهای ورودی به موجبر اصلی تعبیه شده است. در ساختار طراحی شده حداکثر زمان تاخیر 5 پیکوثانیه است.

    کلیدواژگان: رمزگشای تمام نوری، بلورهای فوتونی، کاواک تشدید غیرخطی، باند ممنوعه فوتونی
  • مرضیه غلامی* صفحات 47-60

    امروزه دیگر می دانیم که آثار باستانی و تاریخی چه جایگاه ارزشمندی در فرهنگ و تمدن هر ملت دارد. برای شناخت یک اثر تاریخی باید مواد اولیه آن شناخته شود و سپس با شناخت مواد اولیه می توان روش های حفاظتی و مرمتی مناسبی برای آن اثر پیشنهاد کرد. با افزایش آگاهی از تاثیرات مخرب ناشی از استفاده مواد شیمیایی و سمی بر آثار مورد مرمت و محیط و کاربران، تعویض این مواد مخرب یا حداقل استفاده کمتر از آن ها در مرمت و حفاظت آثار، یک اولویت محسوب می شود. پلاسمای سرد به دلیل ویژگی هایی از قبیل دمای پایین و انرژی زیاد، علاوه بر طیف گسترده ای از برنامه های کاربردی در حوزه های مختلف، از سال 1979 مورد توجه متخصصان حفاظت و مرمت آثار تاریخی فرهنگی قرار گرفته و در طول سال های گذشته، در ضد عفونی کردن و به ویژه پاکسازی آثار، به عنوان یک گزینه غیرسمی و غیرتهاجمی در حوزه میراث فرهنگی به کار گرفته شده است. پاکسازی پلاسما یک روش بدون تماس و تنظیم پذیر است که روند پاکسازی با آن، تنها به لایه های اولیه سطح محدود می شود.

    کلیدواژگان: فناوری پلاسما، میراث فرهنگی، پاکسازی سطح، سکه های نقره، حدف مواد آلی
  • نرگس فتحعلیان* صفحات 61-80

    تصاویر فرابنفش دور حلقه های تاج خورشید اطلاعات زیادی را درباره ی ساختار رنگین سپهر، ناحیه ی انتقال و تاج و میدان مغناطیسی خورشید در اختیار ما می گذارد. این ساختارها به طور پیوسته در حرکت و تغییرند و اطلاعات جمع آوری شده از این تصاویر بسیار زیادند به طوری که در تلسکوپ فضایی SDO به 1/6 ترابایت اطلاعات در روز می رسد. این حجم وسیع از اطلاعات و تصاویر باید کاهش یافته و پردازش شوند و این کار نیازمند گسترش ابزارهای تحلیل خودکار داده های تصاویر خورشید است. به ویژه بررسی حلقه های تاج خورشید نیازمند استخراج دقیق آن ها از تصاویر ارسالی از تلسکوپ های فضایی است. ما در این مقاله به معرفی و بررسی روش های پردازش تصاویر و تشخیص و استخراج حلقه های تاج خورشید در نواحی فعال می پردازیم. مقدمات مربوط به ردیابی الگو و ریخت در تصاویر دیجیتال را بیان می کنیم و بررسی های اخیر درباره ی روش های پردازش تصاویر و تشخیص الگو در فیزیک خورشید را معرفی می کنیم. سپس به استخراج حلقه های تاج خورشید می-پردازیم و تکنیک های لازم برای این امر را گسترش می دهیم. این داده ها و ابزارهای مرتبط و کدهای گسترش یافته در تحلیل های مختلف از فعل و انفعالات حلقه های تاج خورشید موثر خواهند بود.

    کلیدواژگان: تاج خورشید، نواحی فعال خورشیدی، تلسکوپ فضایی اس دی او، پردازش تصاویر تاج، استخراج حلقه ها
  • سمیرا مشهور، محمد اسکوییان، سعید مهدوی فر*، روح الله جعفری صفحات 81-88

    در این مقاله زنجیره اسپین 2/1 مدل XY در حضور میدان مغناطیسی عرضی در نظر گرفته ایم. ابتدا با استفاده از روش فرمیونش، هامیلتونی را در حد ترمودینامیک قطری و طیف انرژی سیستم محاسبه کرده ایم. نمودار فاز حالت پایه سیستم شامل دو فاز دارای گاف فرومغناطیس و پادفرومغناطیس است. این دو فاز توسط نقطه بحرانی کوانتمی از یکدیگر جدا شده اند، که همسایگی این ناحیه را، ناحیه بحرانی کوانتمی می نامند. سپس با استفاده از طیف انرژی سیستم، انرژی آزاد و کمیت های ترمودینامیکی مانند آنتروپی، گرمای ویژه، ضریب انبساط مغناطیسی و نسبت گرونایزن را محاسبه و رفتار این کمیت ها را در نواحی بحرانی کوانتمی مطالعه کرده ایم. نتایج نشان می دهد، که رفتار متفاوت گرمای ویژه در ناحیه بحرانی ریشه در کار مکانیکی در فرآیند همدما دارد. مضاف بر اینکه نسبت گرونایزن همواره مستقل از دما در نواحی بحرانی کوانتمی است.

    کلیدواژگان: زنجیره اسپین 2، 1، مدلXY، فرمیونش، گرمای ویژه، ناحیه بحرانی کوانتمی
|
  • Ahmad Zatirostami *, Khikmat Muminov, Alimakhmad Kholov, Farshid Mofidnakhaei Pages 5-16

    Platinum is an expensive material that is widely used in dye sensitized solar cells (DSSCs) due to its excellent electrocatalytic and conduction features. In order to achieve economical affordability in DSSCs, we require to introduce new lower cost materials to replace the current expensive component. In this research, we propose the composite of low-cost carbon black and tin selenide materials to replace the platinum in DSSCs’ counter electrodes. We study different ratios of carbon black and tin selenide composites and find out the optimized ratio which is later used in fabrication of DSSCs. Our best DSSC showed an efficiency of ~5% that is comparable to the cells fabricated from platinum counter electrodes. The results of this paper, can pave the way for economic feasibility of DSSCs.

    Keywords: Carbon Black, tin selenide, Dye Sensitized Solar Cell, Efficiency
  • Reza Saber *, Mansoure Karimi Mashkani, Iraj Baratloo, Mitra Abedini Pages 17-34

    In this study, we surveyed the possibility of nanometer scale lithography in ambient condition using a scanning tunneling microscope. Optimized parameters for this purpose have been determined. The study will be hopefully an initiative step toward further progress in manufacturing nano-bio chips and nano-bio electromechanical systems utilized for diagnosis and treatment purposes in medical areas. Tests showed that the scanning tunneling microscope lithography yielded the same result in each test and thus it was reproducible. Using STM microscopy, nanostructures were first created in the form of protruding points on the surface. Then we created linear structures, more complex forms, and finally we were able to write some words.  Nanostructures were created on gold surfaces by tungsten, gold, platinum-palladium tips. It is found that the voltage used in lithography is effective on creating nanostructures, and also on the size of nanostructures, so that with increasing voltage, the size of nanostructures increases too. The speed of tip is also another important factor that can affect nanostructures size and their continuity. Time interval between consecutive pulses influences on the nanostructures integration and its value should be specified based on conditions and purposes of lithography. The size of nanostructures ranged between 20 and 150 nm. Tip geometry, humidity and temperature are also likely to be influential factors that require further studies to investigate their effects.

    Keywords: STM, Nanostructures, gold surfaces, Lithography
  • Hamed Alipour-Banaei *, Farhad Mehdizadeh Pages 35-45

    All optical decoders play a key role in the design and implementation of all optical processing systems. Switching speed, power and structural dimensions are the most important parameters that should be considered in the design of all optical devices. In this research, by using two nonlinear resonance cavities based on photonic crystals, a structure for design and implementing an all optical decoder is presented. Nonlinear resonance cavities are created by adding nonlinear rods made of contaminated glass inside the cavity. The proposed structure has one activation port, one input port and two output ports. If the activator port is off, both outputs will be off regardless of the status of the input port situation. In design of this structure, we need an activator input port and a control input. The activator input port is connected directly to the main waveguide using a side waveguide. The control input of the decoder, which is the same as the main input port of the decoder 1 to 2, is connected to the main waveguide by means of an optical power divider. Also to improve the efficiency of the light transmission from the activator port to the main waveguide, two point defects with a radius of 60 nm have been installed at the junction of the input waveguides to the main waveguide. In the designed structure, the maximum delay time is 5 ps.

    Keywords: All Optical Decoder, Photonic crystals, Nonlinear Resonance Cavity, Photonic Bandgap
  • Marziyeh Gholami * Pages 47-60

    In today’s world, the nations perceive the valuable position the archeological and historical monuments have in the culture and civilization of their nations. In order to know a historical monument, its raw materials must first be characterized. By identifying the raw materials, suitable protection and restoration methods can be suggested for that monument. With increasing the awareness of the destructive effects of the use of chemical and toxic substances on the objects, the environment and users, the replacement or minimum use of these harmful materials in the treatment and protection of valuable and rare objects is a priority. Cold plasma due to its features such as low temperature and high energy, in addition to a wide range of applications in various fields, since 1979, has attracted the attention of specialists in conservation and restoration of cultural and historical objects.

    Keywords: plasma technology, Cultural Heritage, Surface Cleaning, silver coins, organic substances removal
  • Narges Fathalian * Pages 61-80

    Coronal loops ExtremeUltraViolet (EUV) images provide us a lot of information about the structure of the chromospheres, the transition zone, the corona and the solar magnetic field. These structures are constantly moving and changing and the collected information from these images are too much such that in SDO reach to 1.6 TeraByte of data per day. This huge amount of information and images should be reduced and processed and this needs the development of the automated analysis tools of the solar images data. Especially investigation of the coronal loops needs exact extraction of them from the received images. In this paper we introduce and investigate the image processing methods, recognition and extraction of the coronal loops in active regions. We express the introductions regarding to trace patterns and features in digital images and present the recent studies about image processing methods and pattern recognition in solar physics. Afterwards we extract the coronal loops and develop the required techniques for that. These data, related tools and extended codes will be effective in various analysis of the coronal loops interactions.

    Keywords: Corona, Solar Active Region, SDO, Corona Image Processing, Loops Extraction
  • Samira Mashhour, Mohammed Oskooeian, Saeed Mahdavifar *, Rouhollah Jafari Pages 81-88

    The spin-1/2 XY chain model in the presence of a transverse magnetic field is considered. The ground state phase diagram consists of two gapped ferromagnetic and the paramagnetic phases. These two phases are separated from each other by the quantum critical point, a neighborhood of which, is known as the quantum critical region. First, using the fermionization approach the Hamiltonian is diagonalized and the spectrum is obtained. Then, using energy spectrum of the system, free energy and thermodynamic quantities such as entropy, specific heat, magnetic expansion coefficient and Grüneisen ratio are calculated and the behavior of these quantities is studied in the quantum critical region. Results show that the different behavior of the specific heat in the critical region is related to the work in the isothermal process. Moreover, the Grüneisen ratio is always independent of the temperature in the critical quantum regions.

    Keywords: Spin-1, 2 Chain, XY Model, Fermionization, Specific Heat, Quantum Critical Region