مطالعههای زیادی برای توصیف ویژگیهایِ بسامد رادیوییِ نانولولههای کربنی انجام شده است. بسیاری از آنها از ساختار موجبر همصفحه[۴۹] استفاده کردهاند، یک دلیل برای استفاده از موجبرهای همصفحه، ماهیتِ مسطح آنها است که قابل طراحی و ساخت در مقیاس کوچکتر از میکرو بهکمک فناوریهای مدرن امروزی است. دلیل دیگر، قابلیت موجبرهای همصفحه در رسانایی بسامدهای بالاتر نسبت بهسایر موجبرهای صفحهای موجود است.

دانلود متن کامل این پایان نامه در سایت abisho.ir

(الف) (ب)

شکل (‏۳‑۳) ساختار موجبر همصفحه (الف) نمای بالا (ب) نمای کنار [۱].
درشکل (‏۳‑۳-الف) نمای بالای موجبر همصفحه مشاهده میشود که از سه فلز که برروی عایق قرار گرفتهاند، ساخته شده است. دو فلز کناری زمین و فلز میانی عبوردهنده سیگنال است. در شکل (‏۳‑۳-ب) نمای کناری موجبر همصفحه مشخص شده است. امپدانس و فاکتور انتشار در طول ساختار، بهعرض خط میانی، ، شکاف بین خطوط، g، ضخامت زیرلایه، و ضریب گذردهی الکتریکی آن، r بستگی دارد. موجبر همصفحه قابلیت حمل ۲ مد الکترومغناطیسی شبهTEM را دارد. خطهای رسانای دو طرف معمولا زمین میشوند تا زمانیکه پتانسیل خط میکرواستریپ میانی در حال تغییر است موجب تحریک مدهای زوج پاشنده کمتری شوند. موج از طریق خط هممحور بهساختار وارد میشود. ساختار موجبر همصفحه غالبا برای امپدانس مشخصه ۵۰ اهم برای تطبیق مناسب با پروبِ زمین-سیگنال-زمین[۵۰] طراحی شده است [۱].
شکل (‏۳‑۴) ساختار موجبر همصفحه مورد استفاده و نحوه کاهش دادن عرض ناحیه میانی، محلی که نانولوله کربنی قرار خواهد گرفت [۱].
در ساختار شکل (‏۳‑۴)، شکاف موجود در خط میکرواستریپ میانی برای قرارگیری نانولولههای کربنی بهمنظور اندازهگیری ویژگیهای انتقال آنها، در نظر گرفته شده است. علاوهبراین، سعی شده است تا با تغییر شکل این ناحیه عرض شکاف برای تطبیق بیشتر کم شود.

نتیجهگیری

در این فصل ساختار مناسب برای بهکارگیری نانولولههای کربنی بیان شد، در فصل شبیهسازیها، شبیهسازی این ساختار و نتیجههای حاصل از آن را بیان کرده و خواهیم دید که این ساختار منجر به تطبیق امپدانسی برای استفاده از نانولولههای کربنی در دنیای مقیاس بزرگ میشود.

شبیهسازی نانولوله کربنی با بایاسDC و AC

دیباچه

در ابتدای پایاننامه بهبررسی شباهت تقویتکننده لولهای موج رونده و نانولوله کربنی پرداختیم و علت تقویت درون ساختار مارپیچی تقویتکننده لولهای موج رونده را برابری سرعت فاز موج و سرعت گروه الکترونها بیان کردیم. ولی تنها زمانیکه سرعت فاز امواج الکترومغناطیسی در درون نانولوله کربنی (بایاس AC) و سرعت گروه الکترونهایی که در درون نانولوله کربنی (بایاس DC) در حال حرکت هستند برابر شوند، علت تقویت مشابه با ساختار تقویتکنندههای لولهای موج رونده خواهد بود. باتوجه بهنتایج بهدست آمده در کارهای پیشین، تقویت در نقاط دیگری نیز مشاهده شد، که این برابری سرعت وجود نداشته است [۱]. بنابراین علت فیزیکی دیگری برای تقویت در چنین شرایطی باید وجود داشته باشد، علت فیزیکی رسانایی تفاضلی منفی و تقویت در نانولولههای کربنی، نوسانهایِ بلاخ است که در فصل نخست تعریف شده است [۱]. در این بخش بهشبیهسازی عملکرد نانولوله کربنی با بایاس DC و AC پرداخته و رسانایی تفاضلی منفی را نشان خواهیم داد.

شبیهسازی نانولوله کربنی با بایاس DC

در این بخش نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ را توسط نرمافزار کوانتوموایز[۵۱] شبیهسازی کرده و وجود حالت بلاخ را در آن بررسی میکنیم. از ویژگیهای مهم این نرمافزار روشهای محاسباتی مختلفی است که بهکار میبرد. روشی که برای شبیهسازی در این بخش گزینش کردهایم روش هاکل توسعهیافته[۵۲] است و دلیل گزینش این روشِ محاسباتی برای شبیهسازی، سرعت بالای محاسبهها و دقت کافی آن است که منجر بهانجام محاسبهها در کمترین زمان با در نظر گرفتن دقت میشود. در این روش تابع انتقال با کمک تابع گرین بهشکل زیر بهدست میآید [۱۲]:
(‏۴‑۱)
که در آن تابع انتقال الکترون، Tr مشخصکننده مسیر[۵۳]، rG تابع گرین تاخیری در ناحیه تفرق[۵۴]، Gr مزدوج مختلط تابع گرین تاخیری در ناحیه تفرق و L(R) درایه تزویج بین الکترودِ چپ (راست) و ناحیه تفرق را نشان میدهد.
(‏۴‑۲)
(‏۴‑۳)
در معادله (‏۴‑۲)، E بیانگر انرژی، S درایه همپوشانی[۵۵]، درایه همیلتونین[۵۶] و L(R) متناظر با عبارت انرژی خودی[۵۷] است، در این معادله L(R) بیانگر فضای بینهایت نیز است. در معادله (‏۴‑۳) L(R) مزدوج مختلط انرژی خودی است. برای سامانه در تعادل[۵۸]، رسانایی Gبهشکل زیر تعیین میشود:
(‏۴‑۴)
درحالیکه  رسانایی کوانتومی و  تابع انتقال در سطح انرژی فرمی است. در این نرمافزار جریان عبوری از نانولوله کربنی از طریق معادلهی لاندور-بوتیکر[۵۹] با انتگرالگیری طیف انتقال بین دو پتانسیل الکترودها بهدست میآید:
(‏۴‑۵)
که در آن fL(R) تابع توزیع فرمی-دیراک برای الکترود چپ و راست،  پتانسیل الکتروشیمیایی الکترود چپ (راست) است که در آن V پتانسیل اعمالی به الکترودها و Efانرژی در سطح فرمی است [۱۲].
همانطور که در بخش (۱-۳) گفته شد، برای تعریف نانولوله کربنی از نماد استفاده میشود. نانوله کربنی مورد استفاده در این بخش از نوع زیگزاگ است، در نتیجه یکی از ضریبها باید صفر باشد و دیگری هر عدد مثبتی میتواند در نظر گرفته شود. در شکل (‏۴‑۱) سلول واحد نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ با مشخصه (۶،۰) را در نرمافزار کوانتوموایز شبیهسازی کردهایم. در این نرمافزار نانولولههای کربنی را میتوان بهدو روش شبیهسازی کرد: روش اول، روش مستقیم است که نانولولهکربنی مستقیما و با تعیین ضریب مشخصه شبیهسازی میشود. روش دوم روش غیرمستقیم است که ساختار نانولولههای کربنی با لوله کردن صفحههای نواری[۶۰] از جنس کربن بهدست میآید. روش اول پیچیدگی کمتری نسبت بهروش دوم دارد و برای شبیهسازی در این قسمت استفاده شده است.
شکل (‏۴‑۱) سلول واحد نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (۶،۰).
همانطور که در شکل (‏۴‑۲) مشاهده میشود، با گزینش  ، سلول واحد را در راستای محور امتداد میدهیم.
شکل (‏۴‑۲) با گزینش  سلولِ واحد نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (۶،۰) شکل (۴-۱)، ۴ بار تکرار میشود.
با توجه بهاینکه فاصله اتمهای کربن از یکدیگر ۴۲/۱ آنگستروم است طول کل ساختار در حدود ۳/۲۱ آنگستروم خواهد بود و نانولوله کربنی در راستای محور z است.
با توجه بهمطالب گفته شده در بخش (‏۱-۴-۲-)، حالت بلاخ برای شرایطی است که نانولوله کربنی مورد اعمال بایاس نیست. زمانیکه بهدو سر نانولوله کربنی بایاس DC اعمال کنیم، نوسانهای بلاخ را شاهد خواهیم بود که عامل اصلی تقویت و رسانایی تفاضلی منفی در نانولولههای کربنی است.
شکل (‏۴‑۳) حالت بلاخ نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (۶،۰).