مواد تغییر فاز موادی هستند که امروزه توجهات زیادی را در ارائه‌ی بسیاری از نانو ساختارهای فوتونیکی به خود جلب کرده‌اند. در این مواد حول یک دمای بحرانی بسیاری از خواص اپتیکی، الکترونیکی و گرمایی در دماهای کمتر و بیشتر از آن متمایز از یکدیگرند. در حقیقت، ماده دارای دو فاز متفاوت در محدوده‌ای از دماهای کمتر و بیشتر از دمای بحرانی است. این تغییر فاز با عبور از دمای بحرانی برگشت‌پذیر است و به دفعات متعددی می‌تواند اتفاق بیفتد. در این پایان نامه که فصل‌های آن به صورت مقاله محور است یکی از مناسب‌ترین کاندید‌ها برای به کار بردن در ساختارهای ارائه‌شده وانادیوم دی اکساید (VO2) است. این ماده حول دمای بحرانی 68 در‌جه‌ی سانتی‌گراد از حالت نیمه‌رسانا به فلزی تغییر فاز می‌دهد. طی این تحقیق با استفاده از ماده تغییر فاز VO2، ساختارهایی ارائه‌ی ساختارهایی شده‌است که حاصل کوپل شدن ترمودینامیک-الکترومغناطیس و ترمودینامیک-الکترومغناطیس- الکترونیک هستند. پاسخ این ساختارها به صورت پویا و با ثابت در نظر گرفتن کلیه‌ی خواص هندسی، از طریق کنترل گرمای اعمالی بر VO2 قابل تنظیم است. در این پایان نامه سه پروژه در حوزه‌ی ترموفوتیونیک به شرح زیر ارائه‌شده است. ضمن اینکه تحلیل نتایج حاصل که از طریق نرم افزار متلب و کامسول-چند فیزیکی انجام شده است: الف) موضوع اول ارائه‌شده بررسی دوپایایی نرخ واپاشی خودبه خودی یک ساطع کننده در کنار یک نانو پوسته VO2@Au است. در این کار از روش تابش لیزر پیوسته جهت ایجاد تغییر فاز VO2 استفاده شده است که منجر به ایجاد دو پاسخ متفاوت در نرخ واپاشی ساطع کننده در محدوده‌ی خاصی از شدت لیزر تابشی که تغییر فاز VO2 را بر عهده دارد می‌شود. از آن‌جایی که انتقال فاز VO2 به دفعات متعددی به صورت برگشت‌پذیر قابل انجام است، تنظیم پاسخ خروجی این ساختار نیز به صورت پویا از طریق شدت لیزر تابشی قابل کنترل است. نتایج به دست آمده دستورالعمل‌های کلی مهمی را برای برنامه ریزی طرح‌های منابع سوئیچینگ نوری و حسگرهای قابل تنظیم ارائه می دهد. ب) موضوع دومی که در این رساله بررسی می‌شود، ارائه‌ی یک نانوساختار هیبریدی شامل آشکارساز نوری الکترون داغ و جاذب بر پایه انتقال فاز VO2 است. این ساختار تخت شامل لایه‌های VO2/MoS2/1D PC است که بر روی یک زیر لایه‌ی شیشه‌ای قرار گرفته اند. زمانی که VO2 در حالت نیمه‌رسانا است، ساختار به عنوان یک جاذب عمل می‌کند. با انتقال فاز VO2 به حالت فلزی و ایجاد سد شاتکی در مرز VO2/MoS2 ساختار به یک آشکارساز نوری تغییر حالت می‌دهد و تا زمانی که VO2 در حالت فلزی است پاسخ نوری ساختار در دسترس است. به دلیل تغییر فاز برگشت پذیر VO2 تحت تأثیر تغییرات دما، این ساختار به دفعات متعدد بین دو حالت HEPDو جاذب قابل سوئیچ است. این ساختارهیبریدی کاندید مناسبی برای ساختارهای سوئیچ‌پذیر HEPD ، سیستم های فتوولتائیک و حسگرهای مبتنی بر الکترون داغ است. ج) در این رساله موضوع سوم به بررسی تنظیم‌پذیری انرژی انتقالی بین مولکولی در حضور یک نانوذره‌ی هیبریدی VO2@Au می‌پردازد. در این کار تنظیم خواص گرمایی-اپتیکی ساختار از طریق انتقال فاز VO2 طی تابش لیزر پیوسته، قادر به تنظیم و کنترل پویای مقدار فاکتور نرخ افزایش انرژی انتقالی است. این نتایج در بررسی و توسعه حسگرهای زیستی مبتنی بر پلاسمون‌ها، دستگاه‌های اتصال مولکولی قابل تنظیم و تغییر تبادل انرژی بین پروتئین‌ها کاندید مناسبی است.
