فهرست مطالب

فیزیک کاربردی - سال دهم شماره 4 (پیاپی 23، زمستان 1399)

مجله فیزیک کاربردی
سال دهم شماره 4 (پیاپی 23، زمستان 1399)

  • تاریخ انتشار: 1400/03/19
  • تعداد عناوین: 6
|
  • احسان تقی زاده طوسی* صفحات 5-18

    در این پژوهش، ابتدا یک سیستم طیف سنجی اشعه ایکس فلورسانس با هدف تشخیص و اندازه گیری عناصر کمیاب طراحی شد و سپس به روش مونت کارلو در نرم افزار MCNPX، شبیه سازی و توسعه داده شد. با توجه به نتایج اجراهای متفاوت کد شبیه سازی، بهترین عملکرد سیستم تشخیص عناصر کمیاب در فواصل حدود cm3 و cm30، به ترتیب برای فاصله چشمه تا نمونه (SSD) و فاصله چشمه تا آشکارساز (SDD) تعیین شد. به علاوه، مقدار بیشینه شدت پرتوی اشعه ایکس واردشده به آشکارساز برای موازی ساز به قطر mm 3 حاصل شد. همچنین نتایج شبیه سازی نشان می دهد که عدم حضور محافظ سربی در اطراف دیواره های فلزی خارجی آشکارساز، حتی با وجود استفاده از موازی ساز سربی در ورودی پنجره آشکارساز، باعث افزایش ورود پرتوهای زمینه به آشکارساز و در نتیجه کاهش دقت طیف سنجی در تشخیص عناصر کمیاب خواهد شد. حد کمینه تشخیص غلظت فلزات زرنیخ، سرب، جیوه، روی، مس و آهن به ترتیب mg/kg 17/0، 40/0، 40/18، 00/20، 00/146 و 67/266 محاسبه شد. با توجه به غلظت و حد آلایندگی این عناصر، دستگاه تشخیص فلزات کمیاب طراحی شده برای نمونه های تحقیقاتی و آموزشی، به ویژه در نمونه های محیط زیستی و کشاورزی، بسیار کاربردی و مفید خواهد بود.

    کلیدواژگان: شدت باریکه اشعه ایکس، حداقل حد تشخیص، فلزات کمیاب، مونت کارلو
  • محمدصادق خزعلی* صفحات 19-32

    اتم های برانگیخته به ترازهای انرژی بالا که اتم های ریدبرگی نامیده می شوند، دارای دوقطبی های قوی هستند. امکان ایجاد برهم کنش قوی و تنظیم پذیر با برانگیختگی لیزری، اتم های ریدبرگی را به گزینه ای جذاب برای فناوری کوانتمی تبدیل کرده است. در این مقاله مروری، بعد از معرفی اتم های ریدبرگی و خواص آن ها، پیشرفت های حاصله در ساخت رایانه های کوانتمی ریدبرگی در شبکه اتمی بررسی می شود. سپس کاربرد اتم های ریدبرگی در اپتیک کوانتمی و بهره گیری از آن در تولید چشمه تک فوتون و دروازه دو فوتونی ارایه می شود.

    کلیدواژگان: اتم های ریدبرگی، محاسبات کوانتمی، ارتباطات کوانتمی
  • رضا قلی پور* صفحات 33-43

    در این تحقیق، ویژگی های الکتریکی و مغناطیسی و ساختاری  نانوکامپوزیت های Ag/Hf3NiOy که با روش هم رسوبی سنتز شدند، مطالعه شد. به علت اینکه ساخت فراماده های منظم سخت و پیچیده است، در سال های اخیر تحقیق در زمینه فراماده های نامنظم با خواص جفت منفی بیشتر شده است. فرامواد ساختارهایی هستند که با هر دو مولفه نور برهمکنش می کنند و خواص ویژه ای پدید می آورند. کامپوزیت های کاتوره ای Ag/Hf3NiOy به عنوان کامپوزیت های نفوذی، شامل نانوذرات رسانا هستند. زمانی که غلظت نانوذرات فلزی در کامپوزیت های نیمه پیوسته کمتر از آستانه نفوذ است، قسمت حقیقی ثابت دی الکتریک مثبت است. همچنین ثابت تراوایی و گذردهی را می توان با میدان الکترومغناطیسی خارجی کنترل کرد، به عبارتی این دو پارامتر تنظیم پذیر است. کاهش تراوایی و گذردهی در نمونه های دارای مقدار نقره بیشتر مشاهده شد. زمانی که مقدار نقره از آستانه نفوذ بیشتر شد، شبکه های نقره به علت تلفیق نانوذرات در نمونه ها تشکیل شدند. خواص مغناطیسی نمونه ها به علت تشدید مغناطیسی و جریان ادی نسبت به میدان الکترومغناطیسی اعمالی بودند. نوسان پلاسمای الکترون های رسانش در نمونه های با حالت فلزی به گذردهی منفی انجامید.

    کلیدواژگان: فراماده، نانوکامپوزیت، نقره اکسید نیکل هافنیوم، گذردهی و تراوایی
  • آمنه کارگریان* صفحات 45-54

    بررسی مسئله گرمایش پلاسما به دلیل کاربردهای گسترده آن از جمله پیش گرمایش پلاسما در حوزه گداخت محصورسازی لختی و گداخت محصورسازی مغناطیسی حایز اهمیت است. با عبور تپ لیزری پرشدت و فوق کوتاه از پلاسمای رقیق، بر اثر نیروی پاندرماتیو لیزری، موج پلاسمایی در پشت تپ لیزری و در راستای طولی ایجاد می شود. انرژی لیزر از طریق برهم کنش موج برانگیخته شده با ذرات پلاسما به محیط پلاسما انتقال داده می شود که به گرمایش پلاسما می انجامد. با افزایش شدت لیزر و چگالی پلاسما، پدیده شکست موج ایجاد شده و بیش ترین گرمایش پلاسما در این دامنه اتفاق می افتد. در این مقاله، تاثیر اعمال میدان مغناطیسی همگن در دامنه های کمتر از دامنه شکست موج در امواج پلاسمای ناشی از انتشار تپ لیزری پرشدت و فوق کوتاه در پلاسمای رقیق با روش شبیه سازی ذره ای دوبعدی بررسی می شود. نتایج نشان می دهد که اعمال این میدان مغناطیسی سبب اعوجاج و شکست امواج پلاسما بر اثر پدیده اختلاط فازی می شود. علاوه بر این، نتایج شبیه سازی نشان می دهد با اعمال میدان مغناطیسی غیرهمگن اثرات شکست موج سریع تر از حالت همگن ظاهر می شوند. بنابراین، در شدت های متوسط لیزری و چگالی های پلاسمای کم، می توان با اعمال میدان های مغناطیسی همگن و غیرهمگن به بیشینه گرمایش پلاسما دست یافت.

    کلیدواژگان: پدیده اختلاط فازی، میدان مغناطیسی غیرهمگن، گرمایش پلاسما
  • نفیسه معماریان*، رضا رجب بلوکات صفحات 55-66

    در سال های اخیر سلول های خورشیدی با جاذب پروسکایت به دلیل افزایش فوق العاده بازده، شدیدا مورد توجه محققان قرار گرفته اند. در این پژوهش لایه های نازک پروسکایت متیل آمونیم سرب یدید (MAPbI3) به روش رشد دومرحله ای تهیه شده است. دو روش چرخشی چرخشی و چرخشی غوطه وری شد و ویژگی های فیزیکی لایه های به دست آمده از این روش ها مقایسه شد. ویژگی های اپتیکی و ساختاری آن ها توسط روش های UV-VIS ، XRD و FE-SEM بررسی شده است. نتایج حاصل از بررسی های ساختاری، فاز مکعبی را برای پروسکایت MAPbI3 نشان داد. همچنین مورفولوژی سطح لایه ها در تصاویر FE-SEM مشخص شد، که تشکیل یک لایه منسجم، بدون هیچگونه ترک و ناپیوستگی را تایید می کند. نتایج نشان داد که گاف اپتیکی نمونه ها در بازه eV 59/1- 54/1 است. همچنین اثر تغییر غلظت ماده اولیه بر خواص فیزیکی لایه های MAPbI3  تهیه شده به هر دو روش، مشخص شد. نتایج نشان داد که در هر دو روش با افزایش غلظت PbI2 لایه های با ضخامت و جذب بیشتر ساخته می شود.

    کلیدواژگان: جاذب پروسکایت، متیل آمونیم سرب یدید، لایه نازک، لایه نشانی چرخشی، لایه نشانی غوطه وری
  • آزیتا ناجی*، محمود زهیری، مهرزاد اشرف پور صفحات 67-78

    با توجه به کاربردهای فراوان حالت های درهم تنیده و ضرورت تعیین کمی میزان درهم تنیدگی ، در این مقاله نحوه ایجاد درهم تنیدگی در حالت های دوکیوبیتی جداپذیر با اعمال هامیلتونی پیچش تک محوری، در غیاب میدان مغناطیسی و حضور میدان مغناطیسی با معرفی سنجه هندسی مطالعه شده است. عبارت دقیقی برای سنجه هندسی درهم تنیدگی بدون محاسبه حالت سامانه در حال تحول، با استفاده از روش مقدار چشمداشتی اسپین، محاسبه شده است سپس با رسم نمودار آن سنجه نسبت به زمان به بررسی عوامل موثر در بیشینه سازی درهم تنیدگی پرداخته ایم . نتایج نشان داد که برای به دست آوردن بیشینه درهم تنیدگی توسط هامیلتونی پیچش تک محوری حول محور در غیاب میدان مغناطیسی، باید حالت اولیه، ضرب تانسوری ویژه حالت های مولفه های یا بردار اسپین کل باشد. ویژه حالت مولفه اسپین کل، تحت تاثیر هامیلتونی پیچش تک محوری حول محور در غیاب میدان مغناطیسی درهم تنیده نیست اما تحت تاثیر هامیلتونی پیچش تک محوری حول محور با حضور میدان مغناطیسی در راستای به بیشینه درهم تنیدگی می رسد. همچنین برای همه حالت ها، بسامد درهم تنیدگی تایع افزایشی از میدان مغناطیسی است.

    کلیدواژگان: درهم تنیدگی، سنجه هندسی، هامیلتونی پیچش تک محوری، مقادیر چشمداشتی اسپین
|
  • Ehsan Taghizadeh Tousi * Pages 5-18

    In this study, a fluorescence X-ray spectroscopy system was designed by the Solidworks computer code to detect and measure trace metals. Then, the designed device was simulated and developed by the Monte Carlo method in MCNPX software. The most excellent performance of the trace element detection system was respectively found at 3 cm and 30 cm for source-to-sample distance (SSD) and source-to-detector distance (SDD), respectively. According to the results of different runs of the simulation code, the largest intensity of absorbed X-ray by the detector was obtained for the collimator’s diameter of 3 mm. In addition, the absence of lead shielding around the surrounding metal walls of the detector, even with the use of a lead collimator at the entrance of the detector window, increases the entrance of background beams to the detector and so, it will cause the reduction of spectroscopic accuracy in detecting trace elements. The least amounts of concentration for detecting arsenic, lead, mercury, zinc, copper, and iron were calculated as 0.17 mg/kg, 0.40, 18.40, 20.00, 146.00, and 266.67 mg/kg, respectively. Due to the concentration and level of pollution of these elements, the rare metal detection device designed for research and educational samples, especially in environmental and agricultural samples, will be extremely practical and useful.

    Keywords: Intensity of X-ray, Minimum detection limit, Monte Carlo, Trace metals
  • Mohammadsadegh Khazali * Pages 19-32

    Highly excited Rydberg atoms are providing strong and controllable atomic interactions ideal for quantum technology with neutral atoms and photons. In this review article, the significant properties of Rydberg atoms and their scaling with principal numbers are discussed in detail. In addition, the application of laser-excited Rydberg atoms in neutral atom quantum computation is reviewed. This review article discusses, also, the application of Rydberg polaritons in quantum optics devices including single-photon sources, photonic gates, and transistors.

    Keywords: Rydberg atoms, Quantum information, Quantum computation
  • Reza Gholipur * Pages 33-43

    In this research, the electric, magnetic and structural behaviors of the Ag/Hf3NiOy nanostructures fabricated using the co-precipitation technique were studied. Since, the fabrication of ordered metallic structure arrays is habitually complex, the mass production of these structures is being prevented. In recent years, researchers have begun to explore materials with inherent DNG property. Metamaterials allow both field components of light to couple to meta-atoms and thus they enable entirely new optical properties and exciting applications.  Ag/Hf3NiOy disordered percolative composites contain conductive nanoparticles. When the concentration of metal nanoparticles in semi-continuous composites is less than the percolation threshold, the real part of the dielectric constant is positive. Also, the permeability constants can be controlled by silver content, meaning that this parameter is adjustable. Interestingly, decreased permeability was observed in samples with higher silver content. When the silver content exceeded the percolation threshold, silver networks were formed due to the interconnection of silver nanoparticles. The effective magnetic properties were due to the magnetic resonance and eddy current of the samples with an external magnetic field. The plasma oscillations of conduction electrons in the samples at a metallic state led to the negative permittivity.

    Keywords: Metamaterial, Nanocomposite, Ag, Hf3NiOy, Permittivity, permeability
  • Ameneh Kargarian * Pages 45-54

    Investigation of plasma heating is of crucial importance because of its extensive applications including plasma preheating in inertial confinement fusion and magnetic confinement fusion. By propagation of a high-power ultra-short laser pulse through the underdense plasma, the plasma wave is excited in the longitudinal direction behind the laser pulse due to the laser pondermotive force. The laser energy is transferred to the plasma environment via the laser plasma interaction with the particles, so leading to plasma heating. By increasing the laser intensity or plasma density, the wave-breaking phenomenon occurs. The maximum plasma heating occurs in the wave-breaking amplitude. In this paper, the effects of applying a homogenous magnetic field on the plasma wave excited by the propagation of high-power ultra-short laser pulse in the plasma in the amplitudes below the wave-breaking amplitude is investigated, using the 2D PIC simulation method. The results show that the application of this field causes the excited wave to distort and break due to the phase-mixing phenomenon. Moreover, the simulation results show that by applying an inhomogeneous magnetic field, the wave-breaking effects appear sooner than the homogenous one. Therefore, in the moderate laser intensities and low plasma densities, it is possible to gain the maximum heating of plasma by applying the homogenous and inhomogeneous magnetic fields.

    Keywords: phase-mixing phenomenon, Inhomogeneous Magnetic Field, plasma heating
  • Nafiseh Memarian *, Reza Rajab Bolookat Pages 55-66

    In recent years, solar cells with perovskite absorber have attracted considerable attention due to rapid increase in their efficiency. In this research, MAPbI3 layers were coated by a two-step method. Spin-spin and spin-dip methods were studied and physical properties of prepared layers were compared. Their optical and structural properties were investigated by UV-VIS, XRD and FE-SEM techniques. The results of structural analysis showed the formation of cubic phase for MAPbI3 perovskite. In addition, the surface morphology of the layers was determined by FE-SEM images, which confirmed the formation of a uniform and cohesive layer, without any cracks or discontinuities on the surface of layer. Results showed that the optical band gap of the samples are in the range of 1.54-1.59 eV. Furthermore, the effect of precursor concentration on the physical properties of MAPbI3 layers prepared by both methods (spin-spin and spin-dip) was also investigated. The results showed that in both methods, with increasing PbI2 concentration, thicker layers with higher adsorption can be prepared.

    Keywords: perovskite absorber, methylammonium lead iodide, Thin film, spin coating, dip coating
  • Azita Naji *, Mahmood Zeheiry, Mehrzad Ashrafpour Pages 67-78

    Generation of entanglement in separable two qubits states using the one-axis counter twisting Hamiltonian in the presence/absence of a magnetic field is studied by introducing the geometric measure of entanglement. The exact expression for the geometric measure is obtained without calculating the time evolution of the system state using the method of the expectation values of spin. The graphs of this measure as a function of time are plotted. The results show that in order to obtain the maximum entanglement under the influence of one-axis counter twisting Hamiltonian around  axis in absence of magnetic field, the system initially must be in a tensor product of  or  eigenstates. Also, the system initially in the  eigenstates under the influence of one-axis counter twisting Hamiltonian around  axis in absence of a magnetic field is not entangled, but, under the influence of one-axis counter twisting Hamiltonian around  axis in presence of a magnetic field in  direction the entanglement for this state becomes maximum. For all states, the frequency of entanglement is an increasing function of the magnetic field.

    Keywords: Entanglement, Geometric measure, One-axis counter twisting Hamiltonian, Mean value of spin