فهرست مطالب

فیزیک کاربردی - سال چهاردهم شماره 1 (پیاپی 36، بهار 1403)

مجله فیزیک کاربردی
سال چهاردهم شماره 1 (پیاپی 36، بهار 1403)

  • تاریخ انتشار: 1402/11/09
  • تعداد عناوین: 9
|
  • عرفان چولکی، برهان ارغوانی نیا*، محمدحسین صحافی صفحات 7-24

    در این مقاله با استفاده ازمحاسبات اصول اولیه در چارچوب نظریه ی تابعی چگالی بررسی ویژگی های ترموالکتریکی، فونونی، الکترونی و اپتیکی تک لایه C3N توسط کد محاسباتی Wien2K  پرداخته شده است. مطالعه ی ویژگی های الکترونی رفتار نیمه رسانایی غیر مغناطیسی با شکاف غیرمستقیم با مقدار 5/0الکترون ولت را برای این ساختار دوبعدی نشان می دهد. همچنین، ویژگی های نوری از جمله تابع دی الکتریک، بازتاب، تابع اتلاف انرژی، ضریب جذب و هدایت نوری محاسبه می شوند. ویژگی های اپتیکی نیز نشان دهنده ی ناهمسانگردی اپتیکی تک لایه C3N برای دو راستای x وz است، که با توجه به نمودار ضریب شکست منجر به ایجاد ویژگی دوشکستگی در این ساختارمی شود، که یک پارامتر کلیدی برای عملکرد نوری خطی این ترکیب است. نتایج یک درک اساسی از طراحی ساختارهای کامپوزیتی مورد استفاده در دستگاه های نانو بر اساس مواد پیشرفته دو بعدی ارایه می دهد. دیاگرام پاشندگی فونونی با استفاده از رهیافت پاسخ خطی در امتداد نقاط پرتقارن محاسبه می گردد. نتایج نشان دهنده نبود مدهای منفی در طیف فونونی است که بیان می کند ساختار به صورت دینامیکی در تعادل قرار دارد. بررسی ویژگی های ترموالکتریکی تک لایه C3N با استفاده نظریه نیمه کلاسیکی بولتزمن نشان می دهد که این تک لایه در دمای اتاق و دماهای پایین تر از دمای اتاق دارای ضریب ارزشی (ZT) نزدیک به یک است. در نتیجه می تواند به عنوان گزینه ای برای کاربردهای ترموالکتریکی مطرح گردد.

    کلیدواژگان: نظریه تابعی چگالی، ویژگی های اپتیکی، تک لایه C3N، نیمه رسانا
  • فاطمه امیری*، فاطمه محمدپور صفحات 25-44

    درهم تنیدگی نقشی اساسی در محدوده محاسبات کوانتومی و ارتباطات کوانتومی ایفا می کند. در شرایط حقیقی، یک سامانه فیزیکی هرگز ایزوله نیست و به صورت اجتناب ناپذیری با محیط اطراف خود برهم کنش دارد. دما یکی از این اثرات است که به صورت کلان سبب کاهش درهم تنیدگی می شود. سامانه در شرایط حقیقی در دمایی غیرصفر قرار داشته که منجر به یک حالت آمیخته خواهد شد. ازاین رو، در این مقاله درهم تنیدگی گرمایی هیبریدی اسپین- نوسانگری الکترون در یک نقطه کوانتومی دوبعدی ناهمسانگرد با استفاده از سنجه منفیت بررسی می شود. نتایج نشان می دهد که درهم تنیدگی های هیبریدی به تغییرات متغییر های قابل کنترل، چون پارامتر راشبا و میدان مغناطیسی بسیار وابسته است. درهم تنیدگی گرمایی بین اسپین و اجتماع نوسانگرها در دمای صفر مطلق صفر بوده و با افزایش دما به یک بیشینه رسیده و پس از آن به صورت مجانبی به سمت صفر میل می کند. این دما، که در آن میزان درهم تنیدگی به بیشینه مقدار خود می رسد، را می توان با تغییر میدان مغناطیسی و جفتیدگی راشبا کنترل کرد. این دو عامل همچنین آهنگ رسیدن به حالت مجانبی را کنترل می نمایند.  این نتایج روشی برای کنترل میزان درهم تنیدگی میان درجات آزادی الکترون، که نیاز اساسی پردازش اطلاعات کوانتومی است، در دسترس می گذارد.

    کلیدواژگان: درهم تنیدگی هیبریدی، نقطه کوانتومی ناهمسانگرد، پارامتر راشبا، میدان مغناطیسی
  • فاطمه نعمتی، سهراب بهنیا* صفحات 45-67

    بیان ژن به عنوان پدیده ای شناخته می شود که زندگی انسان را شکل می دهد. این پدیده بسیار پیچیده، از دو مرحله رونویسی و ترجمه شکل گرفته است. با توجه به اینکه دما ساعت زمانی سیستم های زیست شناختی است، در مطالعه حاضر، تاثیر دمای محیط از راه ترموستات نوز- هوور در الگو سازی ریاضی بیان ژن انجام شده است. در کار حاضر از رویکرد نمای لیاپانوف برای بررسی اثر کمیت های کنترل بر بیان ژن، از جمله سرعت تخریب mRNA و پروتیین ها، یافتن نقاط بحرانی (محدودیت های مرزی پدیده)، مقادیر مرزی سطح mRNA و پروتیین استفاده شده است. سرعت تخریب در فرآیند سنتز پروتیین با کمک رویکرد نمای لیاپانوف بررسی شده است. این مطالعه نشان داد که دمای 306 کلوین دارای بیشینه سطح رونویسی mRNA برای باکتری اشریشیا کلی است. همچنین از راه رویکرد آشوب تایید شد که افزایش نرخ تخریب mRNA منجر به افزایش رونویسی و در نتیجه افزایش آشوبناکی سیستم می شود.

    کلیدواژگان: رونویسی ژن، نمای لیاپانوف، طیف مولتی فرکتال، دمای محیط
  • نوشین داداش زاده* صفحات 68-76

    بلورهای فوتونی و ساختارهای مبتنی بر آن (ساختارهای فوتونیکی) در دو دهه گذشته مورد مطالعه قرار گرفته و به صورت گسترده ای در برنامه های مختلف نوری مورد استفاده قرار گرفته است. در این مقاله، الگوی نظری و عددی برای انتشار امواج الکترومغناطیسی، در ساختارهای دی الکتریک چند لایه ای توسعه یافته و انتشار پالس های نوری فوق کوتاه در محیط های چند لایه ای و میکرورزوناتورها مورد بررسی قرار گرفته، بازتاب انرژی و ضرایب انتقال بسته به پارامترهای محیط و مدت زمان پالس نوری محاسبه می شود. روشی برای محاسبه طیف های انتقالی و بازتابی بلور فوتونی تک بعدی بر اساس الگو سازی FDTD با انتشار پالس های نوری فوق کوتاه پیشنهاد شده است. برای محاسبه طیف انتقال و بازتاب یک بلور فوتونی یک بعدی و شبیه سازی انتشار پالس های نوری فوق کوتاه، در ساختارهای دی الکتریک چندلایه ای و میکرورزوناتورها بر اساس راه حل عددی معادلات ماکسول با تقریب تفاضل محدود درحوزه مکان زمان انجام شده است.

    کلیدواژگان: بلورهای فوتونی، میکرورزوناتورها، شبیه سازی عددی، معادلات ماکسول، روش FDTD
  • سمیه زارع* صفحات 77-87

    در این پژوهش، با فرض نظریه مومنت، انتشار باریکه لیزر با شدت نسبیتی در پلاسمای کوانتومی گرم مطالعه می شود. با کمک معادله ماکسول و ثابت دی الکتریک بدست آمده از الگوی هیدرودینامیک کوانتومی، معادله انتشار پهنای بی بعد باریکه در راستای انتشار یافت شده و به صورت عددی با روش رانجکوتای مرتبه چهار حل می شود. نتایج نشان می دهند که در مقایسه با تقریب پیرامحوری در نظریه مومنت، خودکانونی قوی تری مشاهده می شود. همچنین مشابه تقریب پیرامحوری، با افزایش دمای فرمی، چگالی پلاسما و شدت لیزر، فرکانس نوسان های پهنای باریکه لیزر افزایش و طول کانونی شدن کاهش می یابد که به معنی بهبود پدیده خودکانونی است. در ادامه نتیجه می شود که رفتار شعاع بحرانی لیزر در دو نظریه یکسان نیستند، آن چنان که در نظریه مومنت با افزایش شدت لیزر شعاع بحرانی کاهش می یابد تا جایی که غیروابسته از شدت لیزر شود؛ اما در تقریب پیرامحوری، شعاع بحرانی پس از رسیدن به مقدار کمینه، با افزایش شدت لیزر بزرگ تر می شود.

    کلیدواژگان: انتشار لیزر در پلاسما، پلاسمای کوانتومی، پهنای باریکه لیزر، نظریه مومنت، الگوی هیدرودینامیک کوانتومی
  • پروین صادقی*، سیامک خادمی، الهام متقی صفحات 88-103

    بسیاری از شاخص های غیرکلاسیکی برای اندازه گیری اثرات کوانتومی سیستم های مختلف استفاده می شود. شاخص های غیرکلاسیکی کنفک و صادقی به ترتیب بر حسب میزان منفی ها در تابع توزیع ویگنر و تداخل های توابع توزیع حقیقی در مکانیک کوانتومی فضای فاز معرفی شده اند. شاخص غیرکلاسیکی کنفک برای بسیاری از حالت های کوانتومی تنها در نمایش ویگنر به کار می رود، اما شاخص غیرکلاسیکی صادقی افزون بر نمایش ویگنر برای سایر توابع توزیع حقیقی، چون توابع توزیع هوسیمی و ریویر، نیز استفاده می شوند. در این مقاله، این شاخص های غیر کلاسیکی را برای اندازه گیری ویژگی های کوانتومی برهم نهی و درهم تنیدگی حالت های عددی در نمایش های ویگنر، هوسیمی و ریویر مورد بررسی قرار داده شده است.  همچنین، مزیت بیشتر شاخص صادقی برای حالت عددی دو ترازه ی درهم تنیده، نسبت به شاخص کنفک نشان داده شده است. افزون بر این، برای حالت عددی درهم تنیده دو ترازی، هماهنگی بین شاخص غیرکلاسیکی صادقی و آنتروپی فن نویمن نشان داده شده است. در پایان نشان داده شد که برای برهم نهی حالت های عددی پایه چلانده و حالت عددی پایه، پارامتر چلاندگی بر ویژگی درهم تنیدگی تاثیر گذاشته و شاخص غیرکلاسیکی صادقی با افزایش پارامتر چلاندگی افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: شاخص غیرکلاسیکی، تابع ویگنر، تابع هوسیمی، حالت های درهم تنیده، حالت های عددی چلانده
  • نادر مرشدیان*، نرگس بیگ محمدی صفحات 104-118

    در کار حاضر، مشخصات ترمودینامیکی و تحلیل دمایی از قوس الکتریکی در الکترودهای مشعل و انرژی انباشت شده در محفظه اولیه طراحی شده برای زباله سوز، برای یک مشعل حرارتی پلاسمایی، با استفاده از آزمایش های صورت گرفته و داده های بدست آمده، اندازه گیری و محاسبه شد. دمای قوس الکتریکی در الکترود میانی که نازل شناور نامیده می شود، بر پایه توان اندازه گیری شده ورودی حدود 2 کیلووات، در محدوده 7000 تا 8000 درجه کلوین محاسبه شد. دمای شعله پلاسمایی خروجی از مشعل با توجه به شارش گاز سرد، انتظار می رود دمای کمتری از قوس داشته باشد. بهره انتقال انرژی به شعله پلاسمایی، به طراحی هندسی الکترودها و نازل و جریان گاز وابسته است. دمای محفظه نیز پس از زمان ده ثانیه با روشن بودن مشعل و المنت های حرارتی، حدود 1193 درجه کلوین با ترموکوپل اندازه گیری شد. افزایش دمای محفظه بر پایه فرآیند بی درروی گرمای انباشت شده پس از این زمان، حدود 1230 درجه کلوین محاسبه شد. با رهیافت فرآیند همدما و تعادل گرمایی پس از زمان طولانی، آهنگ شار حرارتی و اتلاف ناشی از رسانش، دما محاسبه و حدود 900- 1000 درجه کلوین برآورد شد. در هر دو رهیافت با تقریب های لازم، محدوده دمایی محاسبه شده برای قوس و تخمین انرژی شعله پلاسمایی، سازگاری منطقی با اندازه گیری دارند و نقشه راه مناسبی را برای توسعه و بهینه سازی طراحی آینده مشعل و محفظه زباله سوز  بدست می دهد.

    کلیدواژگان: دمای قوس الکتریکی، ترمودینامیک محفظه زباله سوز، اتلاف رسانشی، شعله پلاسمایی
  • مسلم میر* صفحات 119-134

    در این مطالعه، با استفاده از الگوی هیدرودینامیکی دورود برانگیختگی های پلاسمون های سطحی یک ساختار دوتایی از نانوکره های فلزی نزدیک به هم و با شعاع های متفاوت بررسی خواهد شد. ابتدا رابطه ای برای محاسبه برانگیختگی های چند قطبی پلاسمون های سطحی این ساختار بدست آمد. سپس برانگیحتگی های پلاسمون های سطحی در تقریب دو قطبی در آن بررسی شد. در تقریب دو قطبی، انرژی های برانگیختگی های هم فاز و ناهم فاز مدهای طولی و عرضی این ساختار بدست آمد. مشاهده شد که در هر نوع برانگیختگی طولی یا عرضی، انرژی مد هم فاز کمتر از انرژی مد ناهم فاز است. همچنین در هر فاصله جدایی بین نانوکره ها، اختلاف انرژی های بین برانگیختگی های هم فاز و ناهم فاز مد طولی بیشتر از مد عرضی است. افزون بر این، با افزایش فاصله جدایی بین نانوکره ها انرژی مدهای هم فاز بیشتر و انرژی مدهای نا هم فاز کمتر می شود. در فاصله های جدایی بزرگ، دو مد پلاسمونی بدست می آید که مد پلاسمونی با انرژی بیشتر مربوط به نانوکره کوچک تر و مد پلاسمونی با انرژی کمتر مربوط به نانوکره بزرگ تر است. سرانجام نتایج حد موضعی برای مقایسه ارایه شده است.

    کلیدواژگان: نانوپلاسمونیک، پلاسمون های سطحی، ساختار دوتایی از نانو کره های فلزی، الگوی هیدرودینامیکی دورود
  • عارفه اسفندیاری نژاد، نجمه نعمتی پور، مریم نورافشان* صفحات 135-151

    در این پژوهش ویژگی های اپتیکی و الکترونی انبوهه و نانولایه سلنیدروی (ZnSe) و سولفید روی (ZnS) مورد بررسی قرار گرفته است. محاسبات بر اساس حل معادله شرودینگر بس الکترونی در چارچوب نظریه تابعی چگالی و با استفاده از کد محاسباتی (WIEN2K)  انجام شده است. انرژی تبادلی- همبستگی با استفاده از رهیافت های تقریب شیب تعمیم یافته و انگل- وسکو بدست آمده است. به منظور بررسی ویژگی های الکترونی و اپتیکی نانولایه های سلنیدروی و سولفیدروی، ساختارنواری و تابع دی الکتریک حقیقی و موهومی انبوهه و نانولایه این ترکیبات با ضخامت های مختلف محاسبه و با یکدیگر مقایسه شده است. نتایج محاسبات ساختار الکترونی  بدست آمده نشان می دهد که شکاف نواری نانولایه های سلنیدروی و سولفیدروی به صفر کاهش یافته است و این ترکیبات که در حالت انبوهه نیمه رسانا هستند در حالت نانولایه رسانا می باشند. همچنین، نتایج محاسبات قسمت حقیقی تابع دی الکتریک نشان می دهد که ضریب دی الکتریک استاتیک در راستای موازی سطح نانولایه و عمود بر سطح نانولایه برای هر دو ترکیب سولفیدروی و سلنیدروی با مقدار ثابت دی الکتریک انبوهه ترکیبات مورد مطالعه متفاوت است. مقایسه نمودارهای قسمت حقیقی نانولایه های سولفید روی و سلنید روی با نمودارهای متناظر حالت انبوهه نشان می دهد که فرآیند جذب موج الکترومغناطیس در نانولایه های سولفید روی و سلنید روی در مقایسه با حالت انبوهه متناظر در انرژی های پایین تر رخ می دهد.

    کلیدواژگان: نظریه تابعی چگالی، ویژگی های اپتیکی، ویژگی های الکترونی، نانولایه سلنید روی، نانولایه سولفیدروی
|
  • Erfan Cholaki, Borhan Arghavani Nia *, MohammadHossein Sahafi Pages 7-24

    In this paper, the thermo-electric, phonon, electronic, and optical properties of the C3N monolayer have been investigated using the Wien2K computational code based on first principles calculations in the framework of the density functional theory. The study of electronic properties shows the behavior of non-magnetic semiconductors with an indirect gap with a value of 0.5 electron volts for this two-dimensional structure. Also, optical properties such as dielectric function, reflection, energy loss function, absorption coefficient, and optical conductivity are calculated. C3N monolayer is optically anisotropic in z and x direction, which according to the refractive index diagram leads to birefringence, which is a key parameter for this compound's linear optical performance. The results provide a fundamental understanding of the design of composite structures used in nanodevices based on two-dimensional advanced materials. The linear response approach along the symmetric points calculates the phonon dispersion diagram. The results indicate the absence of negative modes in the phonon spectrum, indicating that the structure is dynamically stable. Investigating the thermoelectric properties of the C3N monolayer using the semi-classical Boltzmann theory shows that this monolayer has a value coefficient (ZT) close to one at room temperature and temperatures lower than room temperature. As a result, it can be proposed as a candidate for thermoelectric applications.

    Keywords: density functional theory, optical properties, The C3N Monolayer, Semiconductor
  • Fatemeh Amiri *, Fatemeh Mohammadpour Pages 25-44

    Entanglement plays a fundamental role in the field of quantum computing and quantum communication. In real conditions, a physical system is never isolated and inevitably interacts with its surroundings. Temperature is one of these effects that mainly reduces entanglement. In real conditions, the system is at a non-zero temperature, which will lead to a mixed state. Therefore, in the present work, the combined thermal entanglement of electron spin-oscillation in an anisotropic two-dimensional quantum dot is investigated using the negativity criterion. The results show that the combined entanglements are strongly dependent on the changes of the controllable parameters, such as the Rashba parameter and the magnetic field. The thermal entanglement between the spin and the assembly of oscillators is zero at absolute zero temperature and reaches a maximum with increasing temperature and then tends to zero asymptotically. This temperature, at which the amount of entanglement reaches its maximum value, can be controlled by changing the magnetic field and the coupling of the Rashba parameter. These two factors also control the rate of reaching the asymptotic state. These results provide a way to control the degree of entanglement between electron degrees of freedom, which is a fundamental requirement of quantum information processing.

    Keywords: Hybrid Entanglement, Anisotropic Quantum Dot, The Rashba Parameter, Magnetic field
  • Fatemeh Nemati, Sohrab Behnia * Pages 45-67

    Gene expression is known as a phenomenon that shapes human life. This very complex phenomenon is formed from two stages: transcription and translation. In this study, we used the Nose-Hoover thermostat to model the effect of ambient temperature on gene expression since temperature regulates the biological clock of living systems. We have used the Lyapunov exponent approach to investigate the effect of control parameters on gene expression, including the degradation rates of messenger RNA and proteins, and to find critical points (phenomenon boundary limits), mRNA, and protein level boundary values. The rate of degradation in the process of protein synthesis has been investigated with the help of the Lyapunov exponent approach. According to this study, the optimal temperature for the production of mRNA molecules by Escherichia coli bacteria is 306 Kelvin. The study also used the chaos approach to show that the faster the mRNA molecules are degraded, the more they are transcribed, and the more chaotic the system becomes.

    Keywords: Gene transcription, Lyapunov exponent, Multi-fractal spectrum, Environmental temperature
  • Noushin Dadashzadeh * Pages 68-76

    In the last two decades, photonic crystals and structures that are based on them (photonic structures) have been examined and have been widely utilized in various optical applications. In this article, a theoretical and numerical model for the propagation of electromagnetic waves in multilayer dielectric structures is developed. The propagation of ultra-short light pulses in multilayer media and microresonators is investigated, and the energy reflection and transmission coefficients depending on the parameters of the environment and duration of the optical pulse are calculated. A method for calculating the transmission and reflection spectra of one-dimensional photonic crystal based on FDTD modeling with the emission of ultra-short optical pulses is proposed. To calculate the transmission and reflection spectrum of a one-dimensional photonic crystal and to simulate the propagation of ultra-short light pulses, in multilayer dielectric structures and microresonators, based on the numerical solution of Maxwell's equations with the finite difference approximation in the space-time domain, is performed.

    Keywords: Photonic crystals, microresonators, Numerical simulation, Maxwell', s equations, FDTD method
  • Somaye Zare * Pages 77-87

    In this work, considering the moment theory propagation of the laser beam with relativistic intensity in thermal quantum plasma is studied. Using the Maxwell equation and dielectric function obtained by the quantum hydrodynamic model, the mathematical equation for the laser beam width parameter is achieved and solved numerically by the fourth-order Runge-Kutta method. The results show that the stronger self-focusing effect is found in the moment theory compared to paraxial approximation. Also, similar to paraxial approximation, with growing Fermi temperature, plasma density and laser intensity, the oscillation frequency of the beam width parameter increases and focusing length decreases which means improving the self-focusing effect. Furthermore, it is seen that behaviors of the critical radius are not similar in the two theories, as in the moment theory, with increasing laser intensity, critical radius decreases until it becomes independent of the beam intensity, but in the paraxial approximation, the critical radius after a minimum value is enhanced with increasing laser intensity.

    Keywords: Laser propagation in plasma, Quantum plasma, Beam Width Parameter, Moment theory, Quantum hydrodynamic model
  • Parvin Sadeghi *, Siamak Khademi, Elham Motaghi Pages 88-103

    Many non-classicality indicators are used to measure the quantum effects of different systems. Kenfack's and Sadeghi's non-classicality indicators are introduced regarding the amount of Wigner distribution function's negativities and interferences in phase space quantum mechanics, respectively. Kenfack’s non-classicality indicator is used for cases just in the Wigner representation, whereas Sadeghi’s non-classicality indicator is effectively, applied for some real distribution functions. In this paper, we investigate these non-classicality indicators for the entangled photon number states in the Wigner, Husimi, and Rivier representations. It is shown that for a two-level entangled state, Sadeghi's indicator has more benefits to measure entanglement with respect to Kenfack's indicator. For the two-level entangled state, we also show a correspondence between Sadeghi's non-classicality indicator and the Von Neumann entropy. It is also shown that for the superposition of the squeezed number state and ground number state, the squeezing parameter affects the entanglement feature and Sadeghi's non-classicality indicator increases with the increase of the squeezing parameter.

    Keywords: Non-classicality indicator, Wigner function, Husimi function, entangled states, squeezed number states
  • Nader Morshedian *, Narges Beigmohammadi Pages 104-118

    Using the experimental results and data, the thermodynamic characteristics and thermal analysis of the electrical arc of torch electrodes and energy deposition in the waste-incinerator primary designed chamber were investigated. The temperature of arc in the intermediate electrode which is called the float nozzle was measured at 7000-8000 Kelvin based on the input power of 2 kW. The plasma plume temperature implied to be lower than the arc temperature according to the cold gas flow in the nozzle. The efficiency of energy transferring to the plasma plume is dependent on the geometrical electrode and nozzle design, and gas flow rate. After ten seconds, the chamber temperature was measured at 1193 Kelvin by thermocouple with the performance of electrical elements and plasma torch. The chamber temperature increasing in an adiabatic process was calculated at 1230 Kelvin after this time. According to the isothermal approach, the heat flow rate, and conduction loss calculation, the chamber temperature was obtained at about 900-1000 Kelvin. Using two approaches with inevitable approximations, the calculated temperature ranges for arc and plasma plume energy estimation have reasonable compatibility and this led to the road map of optimization and development for future torch planning and waste-incinerator chamber design.

    Keywords: Electrical arc temperature, Waste-incinerator chamber thermodynamics, Conduction loss, Plasma plume
  • Moslem Mir * Pages 119-134

    In this study, The surface plasmon excitations in a dimer structure of closely spaced metallic nanospheres with different radii are investigated using the hydrodynamic model. Initially, an expression was derived to calculate this structure's multipolar surface plasmon excitations. Subsequently, the surface plasmon excitations in the dipole approximation were examined.The surface plasmon excitations in a dimer structure of closely spaced metallic nanospheres with different radii are examined using the hydrodynamic model in this study. It has been observed that the energy of in-phase modes is lower than that of out-of-phase modes in longitudinal or transverse excitations. Furthermore, at each separation distance between the nanospheres, the energy difference between in-phase and out-of-phase longitudinal modes is greater than that of transverse modes. The results show that with an increase in the separation distance between the nanospheres, the energies of in-phase modes increase, and the energies of out-of-phase modes decrease. At large separation distances, two plasmon modes are obtained, with the higher energy mode corresponding to the smaller nanosphere and the lower energy mode corresponding to the larger nanosphere. Finally, the local limit results are presented for comparison.

    Keywords: Nano-plasmonic, Surface plasmons, Dimer structure of metallic nanospheres, Hydrodynamic Drude model
  • Arefeh Esfandiari Nejad, Najme Nemati Poor, Maryam Noorafshan * Pages 135-151

    In this study, the optical and electronic properties of bulk and nano-layer of zinc selenide (ZnSe) and zinc sulfide (ZnS) are investigated. The calculations for solving the many-body Schrodinger equations are performed in the framework of density functional theory using the WIEN2K computational package. The Engel-Vosko and gradient generalized approximation (GGA) treat the exchange-correlation potential. To investigate the electronic and optical properties of zinc selenide and zinc sulfide nano layers, the electronic band structure and the real and imaginary parts of complex dielectric function for the bulk and nano-layer with different thicknesses are calculated and compared. The results of electronic band structures show that the energy band gap of zinc selenide and zinc sulfide nano-layers with various thicknesses decreases to zero and are metal. In contrast, the bulk of zinc selenide and zinc sulfide compounds are semiconductors. The results also show that for each compounds the static dielectric function for the perpendicular and parallel direction to the nano-layer surface is different from the bulk static dielectric function. Comparison between the real parts of complex dielectric function for the bulk and nano-layer shows that absorption of electromagnetic radiation for the ZnSe and ZnS nano-layer in comparison to corresponding bulk results occur in lower energies.

    Keywords: density functional theory, Electronic properties, optical properties, ZnSe nano-layer, ZnS nano-layer