فهرست مطالب

فیزیک کاربردی - سال سیزدهم شماره 1 (پیاپی 32، بهار 1402)

مجله فیزیک کاربردی
سال سیزدهم شماره 1 (پیاپی 32، بهار 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/02/15
  • تعداد عناوین: 6
|
  • سمیه زارع*، زهرا سادات حسینی صفحات 7-20

    در این کار، موجبرهای صفحه ای حاصل از لایه نشانی پلیمر SU-8 بر روی دو زیرلایه PET و کوارتز بررسی می شوند. معادله های ماکسول را برای موجبرهای طراحی شده حل می کنیم تا معادله های مشخصه حاصل شوند. از حل این معادله ها، حداقل ضخامت لازم SU-8 برای عملکرد به عنوان موجبر تعیین می گردد. سپس موجبرها ساخته شده و با دستگاه های پروفایلومتری و طیف سنجی UV-Vis-IR مشخصه یابی می شوند. مشاهده می شود که پلیمر SU-8 عبور نوری مطلوبی از خود نشان می دهد و در قالب موجبری با زیرلایه PET عملکرد بهتری دارد. در ادامه برای تعیین ضریب شکست موثر موجبر و نحوه انتشار موج از روش المان محدود استفاده می شود. نتایج شبیه سازی نشان می دهند که پدیده بازتاب کلی که شرط اساسی موجبری است در افزاره PET/SU-8 نسبت به Quartz/SU-8 بهتر رخ می دهد. بنابراین انعطاف پذیری و مقرون به صرفه بودن PET آن را جایگزین مناسبی برای زیرلایه های جامد متداول مانند کوارتز می سازد.

    کلیدواژگان: موجبر صفحه ای، پلیمر SU-8، زیرلایه، ضریب شکست موثر
  • حمدالله صالحی*، شیوا مخاوات صفحات 21-32

    در این مقاله ویژگی های اپتیکی ترکیب GaP در فازهای مختلف بررسی شده است. محاسبات با استفاده از روش شبه پتانسیل، در چارچوب نظریه تابعی چگالی و با استفاده از کد محاسباتی PWscf انجام شده است. پتانسیل های مورد استفاده با شرایط بار پایسته ساخته شده اند و تابع تبادلی- همبستگی آن ها از نوع GGA می باشد. نتایج بدست آمده از ویژگی های اپتیکی در دو فاز بلندروی و سینابار نشان دهنده هماهنگی ساختار نواری با سهم موهومی تابع دی الکتریک و هم چنین برابری تقریبی شکاف نواری با شکاف اپتیکی است. ضرایب شکست به دست آمده از سهم حقیقی تابع دی الکتریک در فاز بلندروی برابر 306/3 و در فاز سینابار به ترتیب در دو راستای xx و zz برابر با 808/3 و 235/4 می باشند.

    کلیدواژگان: گالیم فسفید، نظریه تابعی چگالی، خواص اپتیکی، کوانتوم اسپرسو
  • عباس ظریفی* صفحات 33-45

    هامیلتونی موثر جهت شرح برهم کنش های تبادلی غیرمستقیم از نوع رودرمن، کیتل، کاسویا و یوشیدا میان ناخالصی های مغناطیسی از نوع انرژی مرتبه اول حول نقاط دیراکی می باشد. افزون بر این، قرار گرفتن ناخالصی ها در نقاط مختلف دیراک نیز در تعیین رفتار نوسانی این نوع برهم کنش ها نیز اهمیت دارد. از این رو در این مقاله ابتدا عناصر هامیلتونی موثر حول نقاط دیراکی برای ساختار دو بعدی گرافن را به روش بستگی قوی بدست آورده و اختلاف فاز موجود در عناصر ماتریسی در هر راس شش گوشی نسبت به نقاط همسایه بیان می شود. سپس روابط بالا را تعمیم داده تا هامیلتونی موثر و در نتیجه انرژی مرتبه اول اطراف نقاط دیراک برای نانولوله های کربنی بدست آید. به کمک مولفه بردارموج کوانتیده درراستای محیط نانولوله در نقاط مختلف دیراک بر روی راس های شش گوشی شرط تشکیل نانولوله های رسانا برحسب ترازهای انرژی نیز بررسی می شود. محاسبات انجام شده بر پایه روش بستگی قوی می توانند مبنایی برای مطالعه برهم کنش ها در انرژی های پایین برای ساختار گرافن و به ویژه انواع نانولوله ها مورد استفاده قرار گیرند.

    کلیدواژگان: انرژی مرتبه اول، نانولوله های کربنی، نقاط دیراک
  • معصومه عربی خواه* صفحات 46-60

    ویژگی های ترابرد فرمیون های دیراک در سطح یک عایق توپولوژیک سه بعدی با آثار وارپینگ در حضور سدهای الکتریکی و مغناطیسی با استفاده از روش ماتریس انتقال بررسی شده است. نتایج بیانگر این است که احتمال عبور و رسانندگی با ولتاژ هدایت، زاویه فرودی الکترون ها، تعداد سدها و شدت میدان تبادلی قابل تنظیم است. در احتمال عبور نسبت به زاویه فرودی الکترون ها مشخص شده است که برای الکترون های فرودی عمودی، عبور کامل وجود ندارد. این رفتار، نقش اثر مجاورت مغناطیسی در کم شدن شدت عبور را تایید می کند. در طیف رسانندگی، میدان مغناطیسی می تواند یک شکاف نواری در نقطه دیراک باز کند که به جهت مغناطش بستگی داشته و تا زمانی که جهت های مغناطش کامل موازی با سطح عایق نباشد، تقارن وارونی زمان شکسته باقی می ماند. مکان و شدت قله های تشدیدی به مقادیر ولتاژ هدایت و انرژی فرودی بستگی دارد. با افزایش تعداد کل سدها مشخص شده است که تعداد قله های عبور افزایش می یابد. در حضور آثار وارپینگ شش ضلعی نشان داده شده است که با افزایش انرژی، ترابرد الکتریکی نیز افزایش یافته است. نتایج به دست آمده از این مطالعه با نتایجی که از پیش در این زمینه در اختیار است، همخوانی دارد.

    کلیدواژگان: عایق های توپولوژیک، حالت های سطحی، ترابرد الکتریکی، سدهای الکتریکی و مغناطیسی، وارپینگ شش ضلعی
  • آزیتا ناجی*، اکرم قشونی، داود افشار صفحات 61-74

    در این مقاله درهم تنیدگی یک حالت دو-کیوتریتی در یک کاواک در الگوی جینز-کامینگز تحت واهمدوسی ذاتی مطالعه شده است. تاثیر پارامتر واهمدوسی ذاتی، ضریب جفت شدگی و بسامد گذار اتمی بر درهم تنیدگی در سامانه دو-کیوتریتی بررسی شده است. نتایج نشان داد که درهم تنیدگی با گذشت زمان کاهش می یابد و برحسب بسامد، گذار اتمی تابعی افزایشی است. منفیت در ابتدا با افزایش ضریب جفت شدگی افزایش می یابد ولی برای مقادیر بزرگ تر ضریب جفت شدگی،  با افزایش ضریب جفت شدگی کاهش می یابد و پس از زمان کوتاهی به صفر میل می کند. به صورتی که زمان مرگ درهم تنیدگی تابعی کاهشی از ضریب جفت شدگی است. افزون بر این، اثر واهمدوسی ذاتی بر ترابرد کوانتومی با استفاده از این حالت دو-کیوتریتی بررسی شده است. با رسم نمودار وفاداری برحسب مقادیر مختلف پارامتر واهمدوسی، ضریب جفت شدگی و بسامد گذار اتمی مشاهده شد که با افزایش ضریب واهمدوسی، وفاداری کاهش می یابد. هم چنین افزایش بسامد گذار اتمی سبب افزایش بسامد نوسانات وفاداری می شود. مقایسه منحنی ها نشان می دهد که وفاداری، به ویژه در مقادیر بزرگ ضریب جفت شدگی، کمابیش مستقل از ضریب جفت شدگی است.

    کلیدواژگان: درهم تنیدگی، واهمدوسی ذاتی، الگوی جینز-کامینگز، سامانه دو- کیوتریتی، ترابرد کوانتومی
  • یاسمن نجفی، بهاره نوروزی*، امیرحسین ساری صفحات 75-116

    حضور یون های فلزات سنگین حل شده در آب های لوله کشی، مشکلاتی جدی برای سلامت انسان ایجاد می کند. با رشد سریع جمعیت جهان و به منظور ارایه آب آشامیدنی سالم، نیاز به بهبود فناوری نوین برای تصفیه آب همواره رو به افزایش است. در مقایسه با روش های مختلف و مرسوم حذف فلزات سنگین، استفاده از سیانوباکتری ها یک روش بالقوه است، چرا که افزون بر رویکرد مقرون به صرفه، قابل اجرا در محل و جز روش های شیمی سبز می باشد. در حقیقت سیانوباکتری ها، ابزار بسیار مناسبی برای جداسازی فلزات هستند چرا که می توانند به صورت هم زمان فلز را از راه جذب زیستی و تجمع زیستی جدا کنند. جذب زیستی یک پدیده سطح سلولی است، در حالی که تجمع زیستی در داخل سلول رخ می دهد. افزون بر این، استفاده از فناوری پلاسما به عنوان عامل محرک، درصد حذف فلزات را در دوره های زمانی مختلف افزایش می دهد. برای نگارش این مقاله، هم از تجربیات و مقالات نویسندگان مقاله و هم از جدیدترین مقالات موجود در پایگاه های اطلاعاتی Web of Science، Pub Med، Google Scholar، Scopus و  ScienceDirect استفاده شده است. بررسی مقالات موجود نشان داد که اگر چه مطالعات بسیاری در زمینه کاربرد سیانوباکتری ها در حذف فلزات سنگین وجود دارد، اما استفاده ترکیبی آن ها با فناوری پلاسما در تصفیه زیستی کمتر مطالعه شده است. از این رو، هدف این مقاله، مروری بر کارایی ترکیبی فناوری پلاسما و سیانوباکتری ها در حذف فلزاتی چون روی، کلسیم و منزیم در صنایع آب و فاضلاب و ساز وکار دفاعی سیانوباکتری ها در برابر سمیت ناشی از فلزات است. افزون بر این، توانایی گونه های مختلف سیانوباکتری برای جداسازی فلزات سنگین از آب در شرایط محیطی مختلف با تولید اگزوپلی ساکاریدها و مسیرهای بیوسنتزی مقایسه خواهد شد. نتایج بدست آمده از این مطالعه تصویری کامل برای شناسایی و اجرای یک روش کاربردی زیست پالایی در مقیاس صنعتی ارایه می دهد که مقرون به صرفه بوده و از نظر زیست محیطی پایدار است.

    کلیدواژگان: فناوری پلاسما، فلزات سنگین، زیست پالایی، سیانوباکتری ها
|
  • Somaye Zare *, Zahra Sadat Hosseini Pages 7-20

    In this work, the planar waveguides are investigated by depositing a SU-8 polymer on PET and quartz substrates. Maxwell equations are solved for the designed waveguides to obtain the characteristic equations. By solving these equations, the minimum thickness of SU-8 necessary for operation as a waveguide is found. Afterward, the waveguides are fabricated and characterized by profilometry and UV-Vis-IR spectroscopy. It is observed that SU-8 polymer shows suitable optical transmission. Then, the effective refractive index of the waveguide, as well as the wave propagation, is recognized by the finite element method. The results of simulations show that the total reflectance phenomenon that is required for a waveguide operation is occurring more effectively in the PET/SU-8 device than in the Quartz/SU-8 and in a waveguide configuration, it possesses better performance. Also, the flexibility and low cost of PET make it a proper candidate for substitution of the typical rigid substrate such as quartz.

    Keywords: SU-8 polymer, Substrate, Effective refractive index, Planar waveguide
  • Hamdollah Salehi *, Shiva Mokhavat Pages 21-32

    In this paper, the optical properties of GaP in different phases have been investigated. The calculations were performed by using pseudopotential in the framework of density functional theory and using the PWscf code. The pseudopotentials applied here are generated using norm-conserving conditions within GGA for the exchange-correlation function. The optical properties of the Zincblend and Cinnabar phases reveal the conformity between the band structure and the imaginary part of the dielectric function, and the band gap and optical gap are almost equal. The refractive index obtained from the real part of the dielectric function in Zincblend is 3.306 and in the Cinnabar phase is 4.235 and 3.808 in the x and z directions, respectively.

    Keywords: Gallium Phosphide, density functional theory, optical properties, Quantum Espresso
  • Abbas Zarifi * Pages 33-45

    The effective Hamiltonian describing indirect exchange interactions of type Ruderman- Kittel-Kasuya-Yosida [RKKY] between the magnetic impurities near the Dirac Points is based on the first-order energy. Besides, the points where the impurities are located are important in identifying the oscillatory behaviour of these interactions. Then in this paper, we first intend to obtain the effective Hamiltonian elements near the Dirac points for 2D graphene structures using the tight-binding approximation and then the phase factors between neighbor Dirac points are noticed. The obtained results are extended to obtain the effective Hamiltonian and then the first-order energy for carbon nanotubes. Using the quantized wave vector in the circumferential direction of nanotubes at Dirac Points, we examine the condition for nanotubes to be metallic or semiconductors. The obtained results based on the tight binding could be used to study the magnetic interactions at low energy for graphene structures as well as carbon nanotubes.

    Keywords: First order energy, Carbon nanotubes, Dirac points
  • Masomeh Arabikhah * Pages 46-60

    The transport properties of the Dirac fermions through the electric and magnetic barriers on the surface of a 3D topological insulator with a hexagonal warping effect have been investigated using the transfer matrix method. It was found that the transmission probability and the electric conductance are strongly modulated by the gate voltage, incident energy, number of barriers, and the exchange field strength. It was remarkable that the Dirac fermion is not perfectly transmitted at the normal incidence, confirming the role of the proximity effect in the suppression of transmission for normal incident electrons. The magnetic field can open up a band gap in the conductance spectrum at the Dirac point, depending on the magnetization orientation. The time-reversal symmetry remains broken as long as the magnetization orientations in modulated regions are not entirely parallel to the surface of a topological insulator. The resonant states and the position of resonant peaks are dependent on the gate voltage and incident energy values. It is shown that the number of tunneling resonances increases with increasing the number of barriers. The hexagonal warping effect can increase electronic transport at high energies. The results found here are consistent with those obtained previously.

    Keywords: Topological insulators, surface states, Electronic Transport, potential, magnetic barriers, hexagonal warping effect
  • Azita Naji *, Akram Ghoshooni, Davood Afshar Pages 61-74

    This paper uses the Jaynes-Cummings model to investigate the entanglement of a two-qutrit state in a cavity. The entanglement is analyzed as a function of decoherence rate, coupling constant, and frequency of atomic transition. We note that this entanglement is decreased passing time and the negativity is an increasing function of the frequency of atomic transition. The negativity at first is an increasing function of the coupling constant, then for higher values of the coupling constant, the negativity decreases with the increase of the coupling constant and over time it tends to zero. We also investigate the influence of intrinsic decoherence on quantum teleportation via this two-qutrit state. We plot the fidelity as a function of the decoherence rate, the coupling constant, and the atomic transition frequency. The results show that the fidelity decreases with an increasing decoherence rate. Moreover, the frequency of fidelity oscillations is an increasing function of the atomic transition frequency. The fidelity is relatively independent of the coupling constant, especially at a higher value of the coupling constant.

    Keywords: Entanglement, Intrinsic decoherence, Jaynes-Cummings model, Two-qutrit system, Quantum teleportation
  • Yasaman Najafi, Bahareh Nowruzi *, AmirHosein Sari Pages 75-116

    The presence of heavy metal ions dissolved in tap water poses serious problems for human health. With the rapid growth of the world's population, the need to improve current technology for water purification and in order to provide safe drinking water is constantly increasing. Compared to various conventional heavy metal removal methods, cyanobacteria-mediated heavy metal removal is a more advantageous method, because of the cost-effective, on-site, and green chemistry approach. Cyanobacteria are a very suitable tool for the sequestration of metals because they can simultaneously divide the metal through biosorption and bioaccumulation. Bioabsorption is a cell surface occurrence, while bioaccumulation occurs inside the cell. In addition, the use of plasma technology as a driving force increases the percentage of metal removal in different periods. To write this article, a detailed search was carried out from the authors' experiences and articles and the latest articles available in PubMed, Web of Science, Google Scholar, ScienceDirect, Scopus, Medline, and Scientific Information Database databases. A review of the available articles showed that although there are many studies on the use of cyanobacteria in the removal of heavy metals, their combined use with plasma technology in biological treatment has been less studied. As a result, the purpose of this article is to review the separation of cyanobacteria in heavy metal ions from wastewater and the defense mechanism of cyanobacteria against metal-induced toxicity. In addition, we attempt to compare the ability of different species of cyanobacteria to separate heavy metals from water under different environmental conditions by producing exopolysaccharides and biosynthetic pathways. The results of this study can provide a complete picture of the identification and implementation of an applied bioremediation technique on an industrial scale that is cost-effective and environmentally sustainable.

    Keywords: plasma technology, Heavy Metals, Bioremediation, Cyanobacteria