محاسبه هدایت نوری در ترکیبات نانو گرافنی با تقریب شکاف باند

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه برق دانشکده فنی مهندسی دانشگاه غیر انتفاعی علامه محدث نوری

2 دانشجوی ارشد مهندسی برق دانشکده فنی مهندسی دانشگاه علامه محدث نوری

3 استادیار دانشکده مهندسی برق دانشگاه علوم دریایی امام خمینی(ره)

چکیده

امروزه بکار‌گیری گرافن و ساختارهای نانوی آن در صنعت الکترونیک و الکترونیک نوری توسعه زیادی پیدا کرده است. این ساختارها در شکل‌هایی نظیر نانو نوارها، نانو مش‌ها و نقاط کوانتومی دیده می‌شود. محاسبه پارامترهای الکترونیکی و اپتیکی این ساختارها دغدغه اصلی محققین است. از جمله این پارامترها هدایت نوری آن‌ها بوده که در کاربردهای الکترونیکی و مخابراتی آنها کاربرد زیادی دارد. وجه اشتراک این ساختارها ایجاد شکاف باند در ترازهای انرژی آن‌ها است. در این مقاله محاسبات روش تقریبی بر مبنای شکاف انرژی برای محاسبه هدایت نوری نانو گرافن‌ها ارائه و با استفاده از نرم‌افزار مطلب شبیه‌سازی شده است و با توجه به شبیه‌سازی، مشاهده می‌شود که، افزایش شکاف انرژی منجر به افزایش هدایت نوری از طول موج‌های بالاتر خواهد شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Calculating of optical conductance in graphene nano structures with band gap approximation

نویسندگان [English]

  • sh tamandani 1
  • N Mohammadi 2
  • m r soheilifar 3
1 electrical department- engineering faculty- allameh mohaddes nouri university
2 west mazandaran electrical distribution company
3 IMAM KHOMEINI UNIVERSITY
چکیده [English]

Nowadays, the use of graphene and its nano structures has evolved greatly in the electronics and electronics fields. Such structures are found in shapes such as nano ribbons, nano meshes, and quantum dots. Calculating the electronic and optical parameters of these structures is the main concern of the researchers. One of these parameters is their optical conductivity, which is widely used in electronic and telecommunication applications. The sharing of these structures creates a band gap in their energy levels. In this paper, the calculation of an approximate energy-based method for calculating the optical conductivity of nano graphene is presented and simulated using Matlab. With regard to simulation, it can be seen that increasing the energy gap leads to an increase in the optical conductivity of higher wavelengths.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Graphene nano structurs
  • photon absorption coefficient
  • joint density of states

[1]        W. Cui, C. Wang, J. Yang, Y. Yang, “Research Progress of Quantum Dot Solar Cell,” Applied Mechanics and Materials, vol. 320, pp. 693-697, 2013.

[2]   E. H. Sargent, “Colloidal quantum dot solar cells,” Nature Photonics, vol. 6, pp. 133- 135, 2012.

[3]        W. Ma, J. M. Luther, H. Zheng, Y. Wu, A. P. Alivisatos, "Photovoltaic Devices Employing Ternary PbS x Se1-x Nanocrystals,” Nano letters, vol. 9, no.4 , pp. 1699-1703, 2009.

[4]        R. Debnath, J. Tang, D. A. Barkhouse, X. Wang, A. G. Pattantyus-Abraham, L. Brzozowski, L. Levina, E.H. Sargent, “Ambient-processed colloidal quantum dot solar cells via individual pre-encapsulation of nanoparticles,”  J. Am. Chem. Soc, vol. 132, pp. 5952-5953, 2010.

[5]        J. Tang, K. W. Kemp, S. Hoogland, K. S. Jeong, H. Liu, L. Levina, M. Furukawa, X. Wang, R. Debnath, D. Cha, K.W. Chou, A. Fischer, A. Amassian, J.B. Asbury, E.H. Sargent, “Colloidalquantum-dot photovoltaics using atomic-ligand passivation,”  Nature materials, vol.10, pp. 765-771, 2011. 

[6]        Y. Zhou, M. Eck and M. Krueger, “Bulk-heterojunction hybrid solar cells based on colloidal nanocrystals and conjugated polymers,” Energ Environ Sci, vol.3, no.12, pp.1851-1864, 2010.

[7]        T. Xu, Q. Qiao, “Conjugated polymer-inorganic semiconductor hybrid solar cells,” Energy Environ Sci, vol.4, no.8, pp.2700-2720, 2011.

[8]        A. H. Castro Neto, F. Guinea, N. M. R. Peres, K. S. Novoselov and A. K. Geim, “The electronic properties of grapheme,” Rev. Mod. Phys, vol.81, pp.109–162, 2009.

[9]        S. Kim, S.W. Hwang, M.K. Kim,D.Y. Shin, D.H. Shin, C.O. Kim, S.B Yang, J.H. Park, E. Hwang, S.H. Choi, G. Ko, S. Sim, C. Sone, H.J. Choi, S. Bae, B.H. Hong, “Anomalous behaviors of visible luminescence from graphene quantum dots: interplay between size and shape,” ACS Nano, vol.6, no.9, pp.8203–8208, 2012.

[10]           M.Dutta, S. Sarkar, T. Ghosh, D. Basak, “ZnO/graphene quantum dot solid-state solar cell,” J. Phys. Chem. C, vol.116, no.38, pp.20127–20131, 2012.

[11]           T. Stauber, N. M. R. Peres, A. K. Geim, “The optical conductance of graphene in the visible region of the spectrum,” Phys.Rev.B, vol.78, no8, pp. 085432, 2011.

[12]           Sh. Tamandani, Gh. Darvish, R. Faez, “Analytical Calculation of Energy levels of mono- and bilayer Graphene Quantum Dots Used as Light Absorber in Solar Cells,” Appl.Phys.A, vol.122, no1, pp.1-8 , 2016.

[13]           T.G. Pedersen, A.P. Jauho, K. Pedersen, “Optical response and excitons in gapped graphene,” Phys.Rev.B, vol.79, pp.113406, 2009.

[14]           X. Feng, X. Li, Z. Li, Y. Liu, “Sizedependent two-photon absorption in circular graphene quantum dots,” OPT EXP 2877, vol. 24, no. 3, 2016.

[15]           Y.C. Huang, C.P.Chang, M.F. Lin, “Electric-field induced modification of electronic properties of few-layer graphene nanoribbons,” J.Appl.Phys, vol.104, no.10, pp.103714, 2008.

[16]           D. Subramaniam, F. Libisch, Y. Li, C. Pauly, V. Geringer, R. Reiter, T. Mashoff, M. Liebmann, J. Burgdo¨rfer, “Wave-Function Mapping of Graphene Quantum Dots with Soft Confinement,” Phys. Rev. Lett, vol. 108, pp. 046801, 2012.

[17]           T.G. Pedersen, A.P. Jauho, K. Pedersen, “Optical response and excitons in gapped graphene,” Phys.Rev.B, vol.79, pp.113406, 2009.

[18]           T. Stauber, N. M. R. Peres, A. K. Geim, “The optical conductance of graphene in the visible region of the spectrum,” Phys.Rev.B, vol.78, no8, pp. 085432, 2011.

[19]           E.J.G Santos, E. Kaxiras, “Electric-field dependence of the effective dielectric constant in graphene,” Nano Lett, vol.13, p.898-902, 2013.

[20]           P. Bugajnya, L. Szulakowskab, B. Jaworowskia, P. Potasza, “Optical properties of geometrically optimized graphene quantum dots,” Physica E, vol.85 , pp.294–301, 2017 .

[21]           Sh. Tamandani, Gh. Darvish, “Analytical modeling of photon absorption coefficient in mono and bilayercircular graphene quantum dots for light absorber applications,” Physica E, vol.86, pp. 17–23, 2017 .

[22]           P. R. Wallace, “The band theory of graphite,” Phys. Rev, vol.72, no.3, 1947.