تحقیق کاربرد های فراماده و تاریخچه بلورهای فوتونی و فرامواد  شامل 46 صفحه به صورت فایل ورد و قابل ویرایش می باشد که یکی از تحقیق های جامع و کامل در مورد   کاربرد های فراماده و تاریخچه بلورهای فوتونی و فرامواد  می باشد و دارای منابع معتبر می باشد

 ۱-۱ فراماده [۱] چیست

 واژه متامتریال در سال ۱۹۹۹ توسط رودگروالسر [۲] از دانشگاه Texas نامگذاری شد]۱[. واژه متا یک واژه یونانی به معنی فرا است. بنابراین می‎توان متامتریال را فرا ماده ترجمه کرد. نامی است با معنی برای موادی که ویژگی های آنها فراتر از محدودیت های مواد طبیعی است.

فرامواد متشکل از اجزایی (سلول واحد ) در ابعاد خیلی کوچکتر از طول موج تابشی هستند، که هرچند در ابعاد کوچکتر از طول موج ناهمگنند، ولی مانند مواد طبیعی به طور متوسط و مؤثر می‎توان ویژگی های یک محیط همگن را به آنها نسبت داد.

۱-۲ تاریخچه فرامواد

 تاریخچه فرامواد در سال ۱۹۶۷ با مقاله ای تحت عنوان مواد الکترمغناطیس با µ و  منفی توسط ویکتور وسلاگو[۳] ]۲ [فیزیکدان روسی آغاز شد. وی در مقاله اش با فرض وجود داشتن مواد همگن با µ و  منفی به بررسی انتشار موج در آنها پرداخت و نشان داد که امواج الکترومغناطیسی می‎توانند در این محیط منتشر شود و رابطه بردار میدان الکتریکی، میدان مغناطیسی و ثابت فاز، بر خلاف مواد معمولی که از قانون دست راست تبعیت می‎کنند با قانون دست چپ به هم مربوط می‎شوند.

پدیده های اساسی بسیاری در برخورد با فراموادها توسط وسلاگو پیش‎بینی شده اند. وسلاگو در مقاله خود پیش‎بینی کرد که اگر بتوان مواد ایزوتروپی را یافت که خواص پلاسما و مغناطیس را به طور همزمان داشته باشند، ممکن است بتوان خواص چپگردی را به کمک مواد طبیعی ایجاد کرد. هرچند که متاًسفانه در طبیعت ماده همگن با µ و  منفی موجود نمی باشد.

پس از مقاله وسلاگو به مدت ۳۰ سال هیچ کاری در این زمینه صورت نگرفت تا اینکه اولین ماده چپگرد به طور مصنوعی و در آزمایشگاه توسط اسمیت [۴] و همکارانش در دانشگاه کالیفرنیا (UCSD) بر اساس کارهای اولیه پندری[۵] در لندن ساخته شد]۳[.

رشد سریع و وسیع تحقیقات در زمینه فرامواد از سال ۱۹۹۹ آغاز شد. پندری در سال ۱۹۹۹ ساختارهای پلاسمونیکی (µ و  منفی ، µ و  مثبت ) را معرفی کرد که در فرکانس میکروموج خاصیت [۶] SNG از خود نشان می‎دهند]۴و۵[. اندکی پس از آن در سال ۲۰۰۰ برای اولین بار توسط اسمیت ]۶[ساختاری معرفی و ساخته شد که در ناحیه میکروموج ضریب شکست منفی از خود نشان می‎دهد. در]۶[ اسمیت ساختار[۷]  SRR پندری را در یک ساختار مرکب با هم ترکیب کرد و اولین نوع فرامواد چپگرد آزمایشگاهی را ارائه کرد. تراوایی مغناطیسی و گذردهی الکتریکی این ساختار که ترکیبی از حلقه‎های فلزی شکافدار (معرفی شده توسط اسمیت) و نوارهای فلزی بود، در یک بازه فرکانسی خاص به طور همزمان منفی شده و در نتیجه منجر به منفی شدن ضریب شکست محیط در آن ناحیه فرکانسی خاص می‎شود. پس از اولین کار آزمایشگاهی اسمیت در مورد ساختارهای چپگرد، مقدار زیادی گزارش تئوری و آزمایشگاهی، وجود و خواص اصلی مواد چپگرد پیش‎بینی شده توسط وسلاگو را تائید کردند]۷-۹[.

۱-۳ کاربردهای فراماده

 در سال ۱۹۹۸ تحقق عملی فراماده در محدوده فرکانسی میکروموج مورد بررسی قرار گرفت. از جمله کاربردهای فراماده می‎توان به صفحه های جاذب ]۱۰[و پوشش‎های ضد انعکاس برای کاهش پراکندگی ]۱۱[یا انعکاس از سطح اجسام نام برد. این کاربردها همراه با جذب و درنتیجه اتلاف زیادی هستند و برای شفافیت اجسام دوبعدی مسطح مناسبند. ایجاد شفافیت یا پراکندگی کم بوسیله پوشش های مناسب، کاربردهای زیادی در زمینه اپتیک، پزشکی، زیست شناسی و نانو تکنولوژی دارد]۱۲[.

 ۱-۴ مروری بر تحقیقات انجام شده در زمینه فراماده

در سالهای اخیر، کاربردهای فراماده در پنهان کردن[۸] و نامرئی سازی[۹] اجسام،  در مقالات زیادی بررسی شده است]۱۴-۲۲[در مقالات ]۲۲-۲۴[ خواص عجیب دسته بندی های مختلف فراماده (DPS, ENG, MNG,DNG)، به منظور کاهش شدید پراکندگی از اجسام با طول محدود، برای طیف گسترده ای از فرکانس ها، و در اشکال مختلف نشان داده شده است. DPS[10] موادی که  دارند، مانند اکثر مواد موجود در طبیعت، و DNG[11] یا فراماده، موادی که دارای  هستند و MNG[12] موادی که محیط آنها  است، مانند فریت ها و ENG [13] موادی که  دارند، مانند پلاسماها، می‎توان تعریف کرد.

در مقاله ]۲۵[ پراکندگی از لایه های نازک پلاسمونی، نشان داده شده است. در این مقاله، تئوری حذف پراکندگی[۱۴]  برای مواد پلاسمونیک مصنوعی، با  منفی یا کم مثبت، از طریق قطبش محلی منفی خود، ارائه می‎شود. این تکنیک که پوشش پلاسمونیک[۱۵]  نامیده می‎شود، با کارهای اخیری ]۲۶[ که پیش‎بینی کرده اند چگونه یک ذره مرکب با ترکیب گذردهی مثبت یا منفی، ممکن است باعث کاهش شدید پراکندگی در حد ایستا [۱۶] شود، تطابق دارد.

مرجع ]۲۷[ یک تحقیق جدید برای حالت پویا [۱۷] است. در این مقاله نشان داده شده است که پوشش پلاسمونی، علاوه بر کاهش پراکندگی ناشی از دو قطبی غالب، برای اجسام با اندازه متوسط، می‎تواند موجب کاهش پراکندگی مرتبه های بالاتر چند قطبی، برای اجسام بزرگتر شود.

البته در کاربردهای عملی، مخصوصاً برای رادارها، اجسام طویل از توجه بیشتری برای این برنامه ها برخوردارند. آلو[۱۸]  وانقطاع [۱۹] در ]۲۵[فرمول شبهه ایستا، برای استوانه دی‎الکتریک بی نهایت، تحت تابش عمود را بیان کرده اند. در مرجع ]۲۸[ این فرمول برای استوانه رسانا با طول محدود، تحت تابش نور عمودی بسط داده شده است. در مرجع ]۲۹[ از این نتایج برای تابش نور ملایم استفاده شده است. به علاوه در مرجع ]۳۰[نتایج حاصل از عملیات چند فرکانسی از پوشش کروی در مرجع ]۳۱[، برای استوانه بی‎نهایت دی الکتریک، استفاده شده است. در مراجع ]۳۲و۳۳[ تحقیقات تئوری و تجربی جالبی در زمینه پوشش پلاسمونی در استوانه دو بعدی، پوشیده شده از فراماده برای قطبش خاص، ارائه داداند.

۱-۵ تاریخچه بلورهای فوتونی[۲۰]

بلورهای فوتونی از سال ۱۸۸۷ مورد مطالعه قرار گرفته اند، ولی عبارت بلورهای فوتونی برای اولین بار ۱۰۰ سال بعد، زمانی که الی یابلانوویچ [۲۱] مقاله مشهور خودرا درباره بلورهای فوتونی در سال ۱۹۸۷ منتشر کرد، مورد استفاده قرار گرفت. قبل از سال ۱۹۸۷ بلورهای فوتونی یک بعدی، به صورت چند لایه متناوب از دی الکتریک، به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته بود. هرچند به نام بلورهای فوتونی اطلاق نمی‎شدند. در سال ۱۹۸۷، ای-یابلونویچ[۲۲] ]۳۴[پیشنهاد کرد که از یک محیط متناوب سه بعدی، که او بلورفوتونی نامید، استفاده شود تا از نشر خودبخودی جلوگیری شود. در همان سالها اس جان[۲۳] ]۳۵[پیشنهاد کرد که از یک محیط متناوب نامنظم سه بعدی برای متمرکز ساختن امواج الکترومغناطیسی استفاده شود. پیشنهادات فوق به طور مؤثری، زمینه تحقیقاتی را به وجود می آورد که در آنها علاوه بر درک اساسی برهمکنش‎های غیر منتظره میان نور و ماده، زمینه ساخت وسایل و ابزارهای جدید الکترونوری[۲۴] ، و استفاده های فوتونی مختلفی را فراهم می‎کند]۳۶-۴۰[.

۱-۶ مفهوم بلورهای فوتونی

بلورهای فوتونی ([۲۵]pcها ) ساختارهایی هستند که امواج نورانی (الکترومغناطیسی) در بازه های فرکانسی خاصی، توانایی عبور از آنها را ندارند. بلورهای فوتونی همان تولیدات مصنوعی هستند که رفتارشان با فوتون‎ها همانند رفتاری است که نیمه رساناها با الکترون‎ها دارند.


جهت دانلود متن کامل تحقیق کاربرد های فراماده و تاریخچه بلورهای فوتونی و فرامواد کلیک نمایید