ارائه روش محاسباتی جدید برای مدل سازی برهم ‌کنش نور با نانوساختارها

به گزارش خبرگزاری مهر، دکتر احمد محمدی عضو هئیت علمی گروه فیزیک دانشگاه خلیج فارس و مجری طرح در این باره گفت: با بازنویسی روش ( FDTD (finite-difference time-domain بر اساس معادلات انتگرالی "ماکسول" و اعمال شرایط مرزی موفق به ارائه فرمول ‌بندی جدید برای مدل سازی برهم ‌کنش نور با نانو ساختارها شدیم.

وی در مورد نحوه انجام این تحقیق و به دست آوردن معادله به هنگام ‌سازی میدان‌ مغناطیسی افزود: در فرمول ‌بندی جدید با ترکیب روش Transform برای وارد کردن فلز به فضای FDTD و روش Contour Path برای اعمال شرایط مرزی مناسب در مرز فلز- دی‌الکتریک برای معادلات به هنگام ‌سازی میدانهای الکتریکی و مغناطیسی در سلولهای واقع در مرز فلز- دی‌ الکتریک که به طور جزئی اشغال شده‌اند، ارائه شد.

محمدی توضیح داد: برای این کار، ابتدا با استفاده از شکل انتگرالی قانون "آمپر" رابطه میان میدان‌ مغناطیسی و بردارهای جابجایی الکتریکی واقع در درون و بیرون فلز به دست آمده است. سپس با استفاده از شرایط مرزی، ارتباط بین این دو بردار پیدا شد و فقط یکی از این دو (و یا متوسط آنها) در حافظه ذخیره می‌شود. با استفاده از روابط ساخت مندی در فضای Z و شرایط مرزی، میدانهای الکتریکی درون و بیرون فلز از بردار جابجایی الکتریکی ذخیره شده، محاسبه می شود. در پایان با به کارگیری شکل انتگرال ‌گیری قانون "فاراده" معادله به هنگام ‌سازی میدان‌ مغناطیسی به دست می‌آید.

عضو هئیت علمی گروه فیزیک دانشگاه خلیج فارس با بیان اینکه بسیاری از مسائل مهم نانواپتیک که نیازمند محاسباتی با دقت بالا هستند، بکارگیری روش FDTD استاندارد امکانپذیر نیست، اظهار داشت: دلیل این امر حجم بسیار بالای فضای محاسباتی و نیاز به حافظه و سرعت بالای پردازنده است که با به کارگیری روش ارائه شده در این تحقیق، می‌توان پارامترهای مناسب نانو ساختار را با توجه به کاربرد مورد نظر به طور دقیق تعیین کرد.

محمدی کاهش هزینه بسیار بالای طراحی و ساخت قطعات نانو متری را از مزایای این مدل ذکر کرد و ادامه داد:  تنظیم و کنترل "پلاسمون" سطحی در نانوذرات فلزی مانند طلا و نقره، انتشار نور در ابعاد نانو، درمان تومور، تشخیص آلاینده ‌ها، حسگرها و المانهای نانوفوتونیک مانند سوئیچ، فیلتر در ابعاد نانو برای ساخت مدارهای مجتمع نانوفوتونیکی از جمله کاربردهای این مدل است.

وی با بیان اینکه با استفاده از روش ارائه شده نرم‌افزاری تهیه شده است که ‌امکان مدلسازی برهم ‌کنش نور با نانو ساختارهای فلزی (مانند نانوذرات) را با دقت بسیار بالا فراهم می کند، اضافه کرد:  این پژوهش با همکاری دکتر تهمینه جلالی، دکتر ماریو آجیو ازگروه نانواپتیک دانشگاه ای.تی.اچ زوریخ (زیر نظر پروفسور وحید صندوقدار) و پروفسورکریستین هافنر از گروه اپتیک محاسباتی دانشگاه ای.تی.اچ زوریخ، انجام شده است.

جزئیات این طرح که از حمایت‌های تشویقی ستاد بهره‌مند شده در مجله OPTICS EXPRESS (جلد 16، شماره 10، صفحات7406 -7397) منتشر شد.