فهرست مطالب

نشریه پژوهش های نوین فیزیک
سال هفتم شماره 2 (پیاپی 15، پاییز و زمستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/11/12
  • تعداد عناوین: 6
|
  • میلاد رزم پوش*، عبدالرحمن نامدار، رضا عبدی قلعه صفحات 1-14

    بیوسنسورهای رزونانس پلاسمون سطحی (SPR) در تشخیص و تحلیل بیومولکول ها و بیوشیمیایی ها کاربردهای گسترده ای دارند. در اینجا، یک بیوسنسور SPR با استفاده از ماده دو بعدی دی کالکوژناید WS2 که روی لایه های فلزی Ag و Ni قرار گرفته است، ارائه شد تا غلظت آنالیت محیط تشخیص داده شود. این بیوسنسور SPR بر اساس اصل کاهش بازتاب کلی عمل می کند. ضخامت لایه های فلزی نقره و نیکل به ترتیب 31 نانومتر و 4 نانومتر در نظر گرفته شده اند و ضخامت ماده دو بعدی WS2 قابل تغییر است و بین 1 تا 2 لایه متغیر است. با استفاده از یک لایه WS2، حساسیت حسگر به میزان 400.28 درجه بر واحد شاخص شکست (RIU) به دست آمد و همچنین برای این نمونه شاخص عملکرد FOM=61.87 (/RIU) بدست آمد. همچنین، ضریب شکست محیط حسگر در بازه 1.33 تا 1.335 متغیر است.

    کلیدواژگان: بیوسنسور، حساسیت، تشدید پلاسمون سطحی (SPR)، دی کالکوژناید، WS2
  • علی محمودلو* صفحات 15-23

    در این مقاله با استفاده در مدل های مختلف بازترکیب حاملین، اثرات پارامترهای اساسی بر عملکرد سلول های خورشیدی آلی نامتجانس و همچنین انتقال بار مورد بررسی قرار گرفته است. برای شبیه سازی این فرآیندها، دراین بخش بااستفاده ازحل خودسازگارمعادلات سوق-پخش ومعادله پواسون وهمچنین استفاده ازمدلهای مختلف بازترکیب ازطریق روش اجزاءمحدود،پارامترهای اساسی سلولهای خورشیدی آلی توده ای باساختار P3HT:PCBM موردمطالعه قرارگرفته است. همچنین با استفاده از مدل سوق-پخش و استفاده از مدل های مختلف ارائه شده برای بازترکیب حاملین بار، اثرات آلایش نوع n و p  را در پلیمرهای مورد استفاده در یک سلول خورشیدی آلی توده ای با ساختار P3HT:PCBM مورد بررسی قرار داده ایم. در بیشتر مدل ها و مطالعات نظری ارائه شده، ناحیه فعال در سلول های خورشیدی آلی را به صورت ذاتی فرض می نمایند حال آنکه این فرض برای مطالعه و بهینه سازی آنها دارای اشکالاتی می باشدو می بایست سهم آلاییده کردن پلیمرها برای مطالعه بهتر، در نظر گرفته شود. ساختار مورد مطالعه در شکل (3) نشان داده شده است. این ساختار شامل ناحیه فعال با ساختار توده ای P3HT:PCBM به ضخامت 100 نانومتر می باشد.

    کلیدواژگان: روش زمان پرواز، نیم رساناهای آلی، تحرک پذیری حفره
  • سید علی سادات، نوشین بنائی*، وحید اسماعیلی ثانی صفحات 24-33
    مقدمه و هدف

    هر سیستم طراحی درمان قبل از استفاده باید نسبت به شناسایی بافت های مختلف بدن آماده سازی شود. این فرایند مستلزم وارد نمودن منحنیCT-ED  می باشد. در این فرایند یک فانتوم با ناهمگنی های مختلف، تحت تصویربرداری سی تی قرار گرفته و به هر ماده بر اساس جنس آن یک عدد سی تی اختصاص داده میشود. با دانستن چگالی الکترونی این مواد، میتوان منحنی CT-ED را وارد سیستم طراحی درمان کرد و سیستم با بهره گیری از این منحنی میتواند جنس بافت های مختلف بدن را شناسایی کرده و محاسبات دز را بر اساس جنس بافت انجام دهد. هدف از این مطالعه طراحی و ساخت یک فانتوم با تعداد 6 ناهمگنی مختلف جهت استفاده در فرایند راه اندازی سیستم طراحی درمان می باشد.

    روش کار

    فانتوم Electron density با کد 062M ساخته شده توسط شرکت  CIRSآمریکا به عنوان فانتوم مرجع انتخاب شد. با استفاده از نرم افزار solidworks طراحی بدنه فانتوم جدید انجام شد. فانتومی استوانه ای شکل به ارتفاع 15 و قطر 20 سانتی متر  با لحاظ کردن ناهمگنی های گوناگون در آن، در نظر گرفته شد. از دو فانتوم در شرایط یکسان، تصویر سی تی  تهیه شد. پس از مشخص شدن عدد سی تی و چگالی الکترونی مواد تشکیل دهنده فانتوم ها، نمودار CT-ED از طریق نرم افزار Excel ترسیم و با یکدیگر مقایسه شدند.

    یافته ها

    داده ی های بدست آمده از هر دو فانتوم به یکدیگر نزدیک بوده و متعاقبا منحنی CT-ED هر دو فانتوم ساختاری یکسان با شباهت بسیار زیاد به یکدیگر داشتند.

    نتیجه گیری

    فانتوم ساخته شده معادل فانتوم مرجع و دارای هر سه بخش اصلی بافت ریه، بافت نرم و بافت استخوانی می باشد و از آن می توان در مراکز رادیوتراپی به جای فانتوم مرجع جهت راه اندازی سیستم طراحی درمان استفاده کرد.
    .

    کلیدواژگان: فانتوم، چگالی الکترونی، سیستم طراحی درمان، رادیوتراپی
  • تخمین تحرک پذیری سیستم یک بعدی نانونوار گالیم نیترید در حضور ناخالصی یونیزه شده
    بتول شرفی، بهرام بهرامی*، زینب کیامهر، مجتبی گودرزی صفحات 34-43

    ترکیبات نیترات با گاف نواری وسیع خود جایگاه مهمی در حوزه اپتوالکترونیک و قطعات الکترونیکی با توان و فرکانس بالا یافته اند. از میان آنها GaN مهمترین و پرکاربردترین نیترید سه ظرفیتی است. در این پژوهش، تحرک پذیری سیستم یک بعدی نانونوار گالیم نیترید در حضور ناخالصی یونیزه شده در دمای صفر و دماهای پایین مورد بررسی قرار می دهیم و نتایج را با تحرک پذیری سیستم گاز الکترونی دو بعدی مقایسه می کنیم. برای محاسبات از معادله ترابرد بولتزمن در تقریب زمان واهلش با در نظر گرفتن پتانسیل ناخالصی یونیزه شده استفاده شده است. اثر پارامترهای فیزیکی مربوطه متفاوت از قبیل عرض نانونوار، انرژی فرمی و چگالی ناخالصی بر روی تحرک بررسی شده است. در پایان تحرک الکترونی بر حسب تابعی از انرژی فرمی، فاصله میان ناخالصی با حامل ها و عرض نانونوار گالیم نیترید رسم شده است. همانطور که انتظار می رفت، نتایج عددی نشان می دهد که تحرک نانونوار گالیم نیترید برای عرض های خیلی بزرگ به سمت تحرک گاز الکترونی یک صفحه کاملا دو بعدی میل می کند.

    کلیدواژگان: تحرک الکترونی، پراکندگی ناخالصی یونیزه شده، معادله ترابرد بولتزمن، گالیم نیترید
  • عزیزه آقابابایی* صفحات 44-49

    نانوسیم سیلیکون به دلیل خواص الکتریکی، مکانیکی و کاربردهای بالقوه آن در بسیاری از زمینه ها از قبیل بیوسنسورها، در سالهای اخیر توانسته توجه بسیاری از محققین را به خود جلب کند. ما در این پژوهش ترابرد فونون از طریق نانو سیم سیلیکون را، در حضور ناخالصی ایزوتوپ به صورت نظری مورد بررسی قرار دادیم. خواص ترابرد گرمایی نانو سیم سیلیکون در جهت > 100 < ، با استفاده از روش تابع گرین غیر تعادلی مطالعه شد و اتمهای ناخالصی، در قسمت میانی ساختار قرار گرفتند. نتایج این تحقیق نشان داد که، در حضور ناخالصی ایزوتوپ، رسانندگی گرمایی کاهش می یابد. همچنین اثر جرم اتم ناخالصی نیز مورد بررسی قرار گرفت؛ نتایج این مطالعه نیز، بیانگر این مطلب بود که، با افزایش جرم اتم ناخالصی، رسانندگی گرمایی کاهش بیشتری می یابد؛ که علت آن را میبایست در وابستگی فرکانس فونون به جرم بررسی کرد.

    کلیدواژگان: نانو سیم سیلیکون، ناخالصی، ترابرد فونون، رسانندگی گرمایی
  • کمال حاجی شریفی*، فاطمه شیرکوند، حسن مهدیان، مهدی بخش زاد محمودی صفحات 50-61

    تولید فرآورده های گازی از طریق فناوری پلاسمای غیرحرارتی روشی نوین برای پالایش نفت سنگین یا پسماندهای نفتی است. در این مطالعه، از پلاسمای جرقه در حباب گاز برای شکستن پیوندهای هیدروکربنی موجود در نفت و تولید محصولات گازی ارزشمند استفاده شد. به طورکلی، هدف این تحقیق توسعه روش کارآمدتر و پایدارتر برای پالایش نفت سنگین یا باقیمانده های ستون تقطیر با استفاده از پلاسمای غیرحرارتی است. در این مطالعه شرح ساخت راکتور طراحی شده در پژوهشگاه پلاسمای دانشگاه خوارزمی، مراحل و مدار ایجاد پلاسمای جرقه، روش جمع آوری گاز و روش سنجش فراورده های گازی بررسی می شود. در راکتور نفت سنگین ریخته شد و از گاز آرگون برای پاک کردن مدار از اکسیژن استفاده شد. بعلاوه در حباب های گاز آرگون که درون مایع نفتی دمیده شدند جرقه های پلاسما ایجاد شد. در مقاله به بررسی نحوه بکار گیری و بهینه سازی استفاده از گاز پرداخته می شود. فرآورده های گازی به دست آمده ای که بیشترین درصد مخلوط گازی را تشکیل می دهند؛ هگزان (13.8درصد)، پنتان (15.7درصد)، 2-متیل بوتان (12.75درصد)هستند.پس از اعمال پلاسما و ذخیره سازی فرآورده گازی، نفت سنگین باقی مانده دچار تغییر حالت محسوس نگشته و همچنان برای مصارف قبل قابل بهره برداری است.

    کلیدواژگان: هیدروکربن، پلاسما، پلاسمای غیرحرارتی، گازی سازی
|
  • Milad Razmpoosh*, Abdolrahman Namdar, Reza Abdi Galeh Pages 1-14

    Surface plasmon resonance (SPR) biosensors have wide applications in the detection and analysis of biomolecules and biochemicals. Here, an SPR biosensor using 2D dichalcogenide WS2 material deposited on Ag and Ni metal layers was presented to detect ambient analyte concentration. This SPR biosensor works based on the principle of total reflection reduction. The thickness of the silver and nickel metal layers are considered to be 31 nm and 4 nm, respectively, and the thickness of the two-dimensional material WS2 can be changed and varies between 1 and 2 layers. By using a WS2 layer, the sensor sensitivity was obtained as high as 400.28 degrees per refractive index unit (RIU) and also for this sample, the performance index FOM=61.87 (/RIU) was obtained. Also, the refractive index of the sensor medium ranges from 1.33 to 1.335.

    Keywords: Biosensor, Sensitivity, Surface Plasmon Resonance (SPR), Dichalcogenide, WS2
  • Ali Mahmoudloo* Pages 15-23

    In this paper, we have used the time-of-flight method of a charge packet, which has been calculated by a voltage pulse of the driving speed and mobility of holes in organic semiconductors. This technique involves applying a voltage to the anode and calculating the time delay of the injection of charge carriers to the other electrode. This method is a simple method to check the properties of charge transport in organic semiconductors. In this section, under the influence of different voltages at room temperature, using the time-of-flight method, we have calculated the mobility of holes by applying the Scheer-Montreal model in organic semiconductors.Also, the effect of the electric field on the mobility at two voltages of 100 V and 50 V was investigated for the flight time arrangement and it was observed that the mobility of the cavity at 100 V is higher than other voltages. The mobility of the hole, which was checked at different voltages at room temperature, is the best and most appropriate mobility for the hole in organic semiconductors, which corresponds to the applied voltage of 40 V to the sample.

    Keywords: Time Of Flight Method, Organic Semiconductors, Hole Transport
  • Seyed Ali Sadat, Nooshin Banaee*, Vahid Esmaili Sani Pages 24-33
    Background and Aim

    Treatment planning systems (TPSs) should be prepared to identify various tissues of body. This process requires a CT-ED curve as an input to TPS. In this process, a phantom with various inhomogeneities is scanned with CT and then the CT numbers of corresponding materials of the phantom are obtained. By knowing the electron density of these materials, The CT-ED curve can be entered into the TPS and the system can identify the material of different tissues and perform dose calculations based on the tissue type using this curve. The purpose of this study is to design and fabricate a phantom with 6 different inhomogeneities to be used in the process of commissioning TPSs.

    Material and Methods

    The electron density phantom with code M062 made by CIRS company of America was chosen as the reference phantom. The body of the new phantom was designed using Solidworks software. A cylindrical phantom with height of 15cm and diameter of 20cm was designed by considering various inhomogeneities. The CT images were obtained from two phantoms under same conditions. After determining the CT numbers and the electron densities of the materials, the CT-ED curves were obtained and compared with each other using Excel software.

    Results

    The results obtained from both phantoms were close to each other and subsequently the CT-ED curves of both phantoms had the same structure with great similarity to each other.

    Conclusion

    The fabricated phantom is equivalent to the reference phantom and has all three main parts: lung, soft tissue and bone and can be used in radiotherapy centers instead of the reference phantom for commissioning TPSs.

    Keywords: Phantom, Electron Density, Treatment Planning System, Radiotherapy
  • Estimation of the mobility of one-dimensional gallium nitride nanowire system in the presence of ionized impurity
    Batol Sharafi, Bahram Bahrami*, Zeynab Kiamehr, Mojtaba Goodarzi Pages 34-43

    Nitrate compounds III-N with a wide band gap have an important role in the field of optoelectronics and electronic devices with high frequency and power. Gallium nitride (GaN) has emerged as one of the most important and widely used semiconducting material among them. In this article, the electron mobility in one dimensional nanoribbon gallium nitride in the presence of impurities has been investigated and we compare our results with electron mobility of two dimensional systems. The Boltzmann transport equation and relaxation time approximation with considering the ionized impurity potential are used in calculations. The influence of different relevant physical parameters such as width of nanoribbon strips, Fermi energy and impurity density on the mobility is examined. Finally the electron mobility as a function of Fermi energy, distance between impurity with carriers and width of nanoribbons for gallium nitride is plotted. As it is expected, numerical results show that the mobility of GaN nanoribbon for very large width move toward mobility in two dimensional electron gas.

    Keywords: Fermi Energy, Gallium Nitride, Boltzmann Transport Equation, Nanoribbon
  • Azizeh Aghababaei* Pages 44-49

    Silicon nanowires have attracted the attention of many researchers in recent years due to their electrical and mechanical properties and also its potential applications in many fields such as biosensors. In this study, we theoretically investigated the phonon transport through silicon nanowires in the presence of isotope impurities. Heat transfer properties of silicon nanowires in the <100> direction were studied using the non-equilibrium Green’s function method and the impurity atoms were placed in the middle part of the structure. The results of this research showed that, in the presence of isotope impurity, thermal conductivity decreases. The effect of impurity atom mass was also investigated and the results of this study also indicated that with the increase in the mass of the impurity atom, the thermal conductivity decreases more and the reason for this should be investigated in the dependence of the phonon frequency on the mass.

    Keywords: Silicon Nanowires, Impurity, Phonon Transport, Thermal Conductivity
  • Kamal Hajisharifi*, Fatemeh Shirkavand, Hasan Mahdian, Mahdi Bakhshzad Mahmoodi Pages 50-61

    Production of gaseous products through non-thermal plasma technology is an innovative method for refining heavy oil or petroleum residues. In this study, plasma sparks were generated in gas bubbles to break the hydrocarbon bonds in oil and produce valuable gaseous products. This research aims to develop a more efficient and sustainable method for refining heavy oil or distillation column residues using non-thermal plasma. This study describes the construction of a reactor designed at the Plasma Research Institute of Kharazmi University, the stages and circuitry for generating plasma sparks, the method of gas collection, and the analysis techniques for gaseous products. Heavy oil was poured into the reactor, and argon gas was used to purge the circuit of oxygen. Additionally, plasma sparks were generated in argon gas bubbles injected into the oil. The paper examines the utilization and optimization of gas usage in the process. The primary gaseous products obtained, forming the highest percentage of the gas mixture, were hexane (13.8%) , pentane (15.7%) , and 2-methylbutane (12.75%). After plasma application and gaseous product storage, the remaining heavy oil exhibited no significant changes in its state and remained suitable for its original uses.

    Keywords: Heavy Oil, Gasification, Non-Thermal Plasma