سید کیهان حسینی

در این پایان‌نامه یک جذب کننده فراماده پلاسمونی فروسرخ به کمک گرافن-پلیمر برای تشخیص گاز طراحی و شبیه‌سازی شده‌ است. فراماده پلاسمونی پیشنهادی از آرایه نانوآنتن حلقه متناوب طلا (Au) به ضخامت td = 10nm و یک لایه طلای پیوسته به ضخامت tau=100nm تشکیل شده‌است که توسط یک لایه دی الکتریک دی اکسید سیلیکون (SiO2) به ضخامت tsi = 30nm از نانو آنتن‌ها جدا می‌شود. قطر نانو دیسک برابر باd=300nm بوده و با یک لایه گرافن به ضخامت Δ = 0.34nm پوشانده شده‌است. ابعاد سلول واحد پیشنهادی برابر با W=L= 600nm در نظر گرفته شده‌است. حفره‌ی هوایی تعبیه شده درون نانو دیسک، به ضلع r و ضخامت td است. در ابتدا با در نظر گرفتن ضریب شکست گاز بیرونی در مقدار 1، به بررسی اندازه ضلع حفره هوایی بهینه به منظور کسب بالاترین حساسیت‌پذیری، پرداخته شده‌است. نتایج حاصل از شبیه‌سازی حاکی از آن است که با تغییر مقدار ضلع حفره هوایی مکعب مربع از 20nm الی 180nm ، بالاترین حساسیت‌پذیری در طول ضلع 140nm کسب می‌شود. در این حالت مقدار حساسیت به دست آمده برای ضریب شکست گاز بیرونی1 برابر با مقدار 1196.9nm/RIU است. در ادامه برای برای بررسی بهبود احتمالی حساسیت‌پذیری ساختار پیشنهادی، اقدام به پر کردن حفره هوایی مذکور با آب، PMMA و AL2O3 کرده‌ایم. نتایج حاصل از شبیه‌سازی حاکی از این است که در کل محدوده‌ی تغییرات ضریب شکست گاز تحت سنجش (در محدوده‌ی 1 تا 1.12)، بالاترین حساسیت‌پذیری، بالاترین FOM و پائین‌ترین FWHM برای طیف‌های تحت بررسی مربوط به ساختاری است که هیچ پر شدگی در حفره هوایی به طول ضلع 140nm انجام نشده‌است. همچنین کلیه نتایج کسب شده برای سه پارامتر مذکور برای حالتی که حفره هوایی ساختار با آب پر شده‌است، بسیار نزدیک به حالت بدون پر شدگی است. به عبارتی دو حالت پر شدگی با آب و بدون پر شدگی بهترین نتایج از حیث سه پارامتر مذکور در بازه‌ی ضریب شکستی برای گاز تحت سنجش را به دست می‌دهند. دو حالت پر شدگی حفره‌ هوایی با PMMA و Al2O3 دارای نتایج ضعیفتری نسبت به دو حالت پر شدگی با آب و هوا را از خود نشان می‌دهند. بهترین نتایج کسب شده برای ضریب شکست 1.06 برای حالت بدون پر شدگی برای پارامترهای حساسیت‌پذیری، FOM و FWHM به ترتیب برابر با S=3120nm/RIU، 59RIU-1 و 55nm می‌باشد.