فهرست مطالب

مجله پژوهش فیزیک ایران
سال بیستم شماره 1 (بهار 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/03/01
  • تعداد عناوین: 17
|
  • مهدی کارگریان* صفحات 1-22

    در دهه های اخیر فیزیکدانان ماده چگال با به کار بردن مفاهیم توپولوژی توسعه داده شده در ریاضی و مکانیک کوانتومی و درک ارتباط عمیق آنها، حالت های جدیدی از مواد را کشف کرده و الگوهایی برای طبقه بندی فازهای مواد ارایه داده اند. این موضوع حتی دانش شیمی مربوط به اوربیتال ها و پیوندهای اتمی و همچنین علم توسعه مواد با خواص مورد انتظار را دگرگون کرده است. در سال های اخیر دستگاه های الکترونی معرفی شده اند که از منظر کاربرد و درک سازوکارهای تعیین کننده خواص مربوط به آنها مسبوق به سابقه نبوده اند. هدف این مقاله مروری که در دو بخش مرتبط نوشته شده است، پرداختن به این موضوعات است. در بخش اول فعالیت های پژوهشگران در دهه های گذشته تا کنون با رویکرد و نگاهی تاریخی به سوالات و موضوعات اساسی مرور می شود و در بخش دوم برخی از مبانی و مفاهیم پایه ای توپولوژی در مکانیک کوانتومی مواد را بررسی خواهیم کرد. در دهه های اخیر فیزیکدانان ماده چگال با به کار بردن مفاهیم توپولوژی توسعه داده شده در ریاضی و مکانیک کوانتومی و درک ارتباط عمیق آنها، حالت های جدیدی از مواد را کشف کرده و الگوهایی برای طبقه بندی فازهای مواد ارایه داده اند. این موضوع حتی دانش شیمی مربوط به اوربیتال ها و پیوندهای اتمی و همچنین علم توسعه مواد با خواص مورد انتظار را دگرگون کرده است. در سال های اخیر دستگاه های الکترونی معرفی شده اند که از منظر کاربرد و درک سازوکارهای تعیین کننده خواص مربوط به آنها مسبوق به سابقه نبوده اند. هدف این مقاله مروری که در دو بخش مرتبط نوشته شده است، پرداختن به این موضوعات است. در بخش اول فعالیت های پژوهشگران در دهه های گذشته تا کنون با رویکرد و نگاهی تاریخی به سوالات و موضوعات اساسی مرور می شود و در بخش دوم برخی از مبانی و مفاهیم پایه ای توپولوژی در مکانیک کوانتومی مواد را بررسی خواهیم کرد.

    کلیدواژگان: فاز بری و هندسی، توپولوژی، مواد توپولوژی، عایق های توپولوژی، ناوردای چرن
  • حمید نجاری*، هادی موحدی نژاد صفحات 23-30

    روش جدیدی برای محاسبه طول مسیر آزاد میانگین  برای نانو ذرات کروی ارایه شده و با توجه به آن تابع دی الکتریک وابسته به شعاع و بسامد باز نویسی شده است. تغییرات  تابع دی الکتریک جدید بر حسب طول موج و شعاع مورد بررسی قرار گرفته و با استفاده از" نظریه می"  نمودار تغییرات سطح مقطع خاموشی بر حسب طول موج و شعاع برای نمونه هایی با جرم ثابت ترسیم و با مقایسه این دو نمودار مشخص شده است که مکان قله تشدید پلاسمونی تقریبا ثابت است ولی جذب در نمونه تغییر قابل مشاهده ای می کند . در انتها با استفاده از نمودار سه بعدی جذب برحسب شعاع وانحراف معیار وهمچنین نمودار سه بعدی طول موج بر حسب  شعاع وانحراف معیار ، بازه شعاعی یک نمونه نانو کلویید طلای تولید شده به روش کندو سوز لیزری بین 17 تا 20 نانو متر و  بازه شعاعی  همان نمونه پس از نوردهی با تپ های لیزری بین 12 تا 14 نانو متر تخمین زده شده است.این مقادیر با مقادیر اندازه گیری شده توسط تصاویر میکروسکپ الکترونی تطبیق خوبی دارد.

    کلیدواژگان: نانوذرات، تابع دی الکتریک، نظریه می، نمودار سه بعدی جذب
  • طیبه میرزایی رضایی، علیرضا امانی* صفحات 31-38

    در این مقاله مدل نمودار سنی جدید به عنوان جایگزینی برای مدل گرانش دورهمسان اصلاح یافته در نظر گرفته شده است. ابتدا معادلات فریدمن را، با احتساب ماده تاریک و انرژی تاریک به همراه جمله چسبندگی حجمی در متریک تخت فریدمن- رابرتسون- واکر محاسبه می کنیم. سپس پارامترهای کیهان شناسی و تابع  را با کمک قانون توانی عامل مقیاس و تطابق بین مدل نمودار سنی و گرانش دورهمسان به دست می آوریم. با رسم تغییرات معادله حالت انرژی تاریک بر حسب پارامتر انتقال به سرخ، انبساط شتاب دار عالم را توصیف می کنیم. در خاتمه، شرط پایداری را به کمک تابع سرعت صوت بررسی کرده و قیود انرژی- ضعیف را برای پارامترهای آزاد پیدا می کنیم.

    کلیدواژگان: نمودار سنی جدید، گرانش دورهمسان اصلاح شده، معادله حالت، انرژی تاریک
  • علیمحمد نیکو، حسین صادقی*، علی عرب، سید جواد هاشمی فر صفحات 39-48

    در این پژوهش خواص ساختاری و الکترونی ترکیبات نیم رسانای III- V با استفاده از محاسبات نظریه تابعی چگالی به روش امواج تخت بهبود یافته خطی بررسی شده اند. پس از بررسی چندین تابعی تبادلی- همبستگی، مشخص شد که تابعی های SOGGA و GGA- WC گزینه های مناسبی برای محاسبه خواص ساختاری ترکیبات مورد نظر هستند. برای محاسبه خواص الکترونی و به ویژه گاف انرژی، تابعی GGA- EV و پتانسیل تبادلی TB- mBJ همراه با تصحیح اسپین- مدار مورد تایید قرار گرفت. نتایج نشان می دهند که پتانسیل تبادلی TB- mBJ+SOC گاف نواری این ترکیبات را با دقت بسیار خوبی محاسبه می کند. در مورد موادی مانند TlAs که گاف منفی دارند، مشخص شد که پتانسیل تبادلی TB- mBJ قادر به پیش بینی این گاف نیست و در حقیقت گاف بر روی صفر تنظیم می شود. برای محاسبه جرم موثر نیز از چندین روش استفاده شد و پس از مقایسه با داده های تجربی مشخص شد که، تابعی های GGA- PBE و GGA- EV این کمیت را به ترتیب برای مواد با گاف کوچک و گاف بزرگ با دقت خوبی محاسبه می کنند و البته بهترین نتایج جرم موثر با روش تابعی هیبرید HSEbgfit به دست آمد. همچنین، نتایج نشان می دهند که تصحیح اسپین- مدار باعث می شود تا نتایج جرم موثر محاسبه شده به مقادیر تجربی نزدیک تر شوند.

    کلیدواژگان: موادIII-V، ثابت شبکه، گاف انرژی، جرم موثر، نظریه تابعی چگالی
  • افسانه عسگرییان تبریزی*، علی پهلوان، مهدی رادمهر صفحات 49-56

    در این مقاله، یک ساختار دوبعدی از سلول های خورشیدی سیلیکونی لایه، نازک با ترکیبی از آرایه های نانو ذرات نقره و شبکه زاویه دار تناوبی معرفی شده است. نانوذر ات نقره با استفاده از اثر تشدید پلاسمون سطحی، ضریب انتقال نور به داخل را افزایش می دهند در نتیجه با افزایش در صد نور فرودی به درون لایه فعال، احتمال جذب فوتون را بهبود می بخشد. برای ایجاد یک ساختار بازتابنده در سطح تحتانی، آرایه ای از شبکه زاویه دار با هدف افزایش طول مسیر نوری در داخل سلول ، به کار گرفته شده است. با استفاده از روش FDTD، ضریب انتقال و بازتاب نور در هر دو سطح فوقانی و تحتانی در گستره طول موج 400 تا 1000 نانومتر بررسی شده و تاثیر پارامترهای ساختاری از جمله شعاع، فاصله نانوذرات، زاویه پراکنش و فاصله شبکه گزارش شده است. در نهایت، دو سطح را با هم ترکیب کرده و میانگین موزون فوتون هایی که به وسیله لایه فعال در کل طول موج های مورد مطالعه جذب شده، محاسبه شده است. نتایج نشان می دهند که بازدهی به دام اندازی نور با تغییر پارامترهای ساختاری ارتقا پیدا می کند.

    کلیدواژگان: نانو ذرات نقره، اثر پلاسمون سطحی، سلول خورشیدی لایه نازک، شبکه زاویه دار تناوبی، پراکنش نوری
  • محمود پیامی شبستر*، محمدرضا باسعادت صفحات 57-64

    نقیصه های بلوری نقش بسیار موثری در استحکام و خواص مکانیکی مواد دارند. آلیاژ Zr- 1%Nb به دلیل سطح مقطع جذب پایین برای نوترون های حرارتی، مقاومت در برابر خوردگی در آب، و همچنین خواص مکانیکی مناسب، کاربرد وسیعی در راکتورهای هسته ای دارد. این آلیاژ در دماهای پایین و به ازای غلظت های کم نیوبیوم، ساختار HCP دارد. در این پژوهش ما با استفاده از محاسبات ابتدا به ساکن نظریه تابعی چگالی و همچنین استفاده از پتانسیل بین اتمی در دینامیک مولکولی، به بررسی خواص نقیصه های نقطه ای مانند تهی- جای و خود- بین- نشین در ساختار زیرکونیوم خالص پرداخته ایم. انرژی و حجم تشکیل تهی- جای و خود- بین- نشین محاسبه شده اند و نتایج توافق خوبی با تجربه دارد. کمیت های فوق در مورد آلیاژ Zr- 1%Nb نیز به دست آمده اند و نتایج تفاوت چندانی با مورد Zr خالص نشان نمی دهند. همچنین برهم کنش بین دو تهی- جای بررسی شده و با محاسبه انرژی پیوندی خوشه های تهی- جای دوتایی برای پیکربندی های متفاوت نشان داده شده که فقط خوشه هایی پایدارند که در آنها تهی- جای ها در همسایگی اول قرار داشته باشند. در نهایت انرژی جابه جایی یک تهی- جای در صفحه قاعده نیز محاسبه شد که توافق خوبی با مقدار تجربی دارد.

    کلیدواژگان: راکتور هسته ای، آلیاژ زیرکونیوم- نیوبیوم، نقیصه بلوری، نظریه تابعی چگالی، دینامیک مولکولی
  • محمود پیامی شبستر*، سمیرا شیخی صفحات 65-72

    درک رفتار حرارتی و فرایندهای مرتبط با انتقال حرارت در سوخت هسته ای UO2 در راکتور هسته ای اهمیت بسیاری در پیش بینی کارایی سوخت دارد. اگر انتقال حرارت، که یک پارامتر مهم در توزیع دما در سوخت هسته ای است، به خوبی صورت نگیرد، باعث بالا رفتن دما در سوخت شده و منجر به ذوب آن می شود که حوادث زیست محیطی را در پی خواهد داشت. در این پژوهش، با توصیف ساده حالت پارامغناطیس توسط محاسبات غیر- اسپین- قطبیده، و صرف نظر کردن از اعمال تصحیح هابارد، خواص حرارتی و فونونی بلور UO2 محاسبه شده است. این محاسبات مبتنی بر روش های نظریه تابعی چگالی (DFT) و نظریه اختلال تابعی چگالی (DFPT) است. در تعیین خواص ارتعاشات شبکه با استفاده از روش جابه جایی محدود، ثابت های نیروی مرتبه دوم و مرتبه سوم را به دست آورده و با استفاده از آنها کمیت هایی مانند گرمای ویژه در حجم ثابت، پارامتر گرونایزن، نرخ پراکندگی سه فونونی، نرخ پراکندگی ناشی از درصدهای ایزوتوپی مختلف و در نهایت رسانش حرارتی انباشته را برای درصدهای ایزوتوپی مختلف محاسبه کرده ایم. نتایج نشان داد که گرمای ویژه محاسبه شده در تقریب هارمونیک تطابق خوبی با تجربه، به ویژه در دماهای زیر 400 کلوین، دارد. نتایج مربوط به نرخ پراکندگی سه فونونی به ازای دماهای مختلف نشان داد که افزایش دما باعث افزایش نرخ پراکندگی و در نتیجه کاهش رسانش حرارتی می شود. نتایج همچنین نشان داد که وجود ناخالصی ناشی از درصدهای ایزوتوپی مختلف تاثیر محسوسی در نرخ پراکندگی ندارد.

    کلیدواژگان: دی اکسید اورانیوم، فونون، نرخ پراکندگی فونونی، پویش آزاد میانگین فونونی، معادله ترابرد بولتزمن
  • سید وحید موسوی* صفحات 73-82

    در تلاش برای توصیف مکانیک کوانتومی و مکانیک کلاسیک با زبان مشترک،یک معادله موج برای گذار پیوسته از مکانیک کوانتومی به مکانیک کلاسیک پیشنهاد شده است. همچنین ثابت شده این معادله غیرخطی با یک معادله خطی موسوم به معادله مقیاس شده که همان معادله شرودینگر با ثابت پلانک مقیاس شده به جای ثابت پلانک مرسوم است، هم ارز است. با استفاده از این معادله سه پدیده جالب توجه تونل زنی از یک سد پتانسیل مستطیلی، بازتاب کامل از یک دیوار سخت و اصل هم ارزی ضعیف گرانشی که از اهمیت زیادی در فیزیک برخوردارند، در نواحی کوانتومی، گذار و کلاسیک مطالعه خواهند شد.معادله مقیاس شده مستقل از زمان برای حالت های مانا به دست آمده و برای شاری از ذراتی که به سد می تابند حل می شود. روابط نشان می دهند احتمال تونل زنی در رژیم کلاسیک دقیقا صفر است. برای دیگر مسایل، از بسته موج گوسی برای محاسبه مقدار انتظاری مکان در مسئله بازتاب از دیوار سخت و محاسبه احتمال آشکار سازی و زمان ورود در مسئله هم ارزی ضعیف گرانشی استفاده می کنیم.

    کلیدواژگان: گذار کوانتومی- کلاسیکی، معادله موج مقیاس شده، تونل زنی، بازتاب، اصل هم ارزی ضعیف گرانشی
  • پویا منشور*، محمدعلی بدرقه صفحات 83-91

    ما در این مقاله با استفاده از معادله تصادفی پخش- پرش که برای بازتولید فرایندهای تصادفی ناپیوسته به کار می رود و تعمیمی برای معادله لانژوین است، به بررسی سری زمانی الکتروکاردیوگرام مربوط به فعالیت الکتریکی ضربان قلب سه گروه شامل افراد سالم، افراد با فیبریلاسیون دهلیزی و افراد با کژآهنگی بطنی می پردازیم. ابتدا نشان می دهیم که سری زمانی الکتروکاردیوگرام یک فرایند ناپیوسته بوده و معادله پخش- پرش رهیافت مناسبی برای مدل سازی این سری زمانی است. سپس، با محاسبه ضرایب کرامرز- مویال مربوط به این معادله برای این افراد، نشان می دهیم که تفاوت قابل توجهی میان دینامیک یک قلب سالم و یک قلب دارای نارسایی وجود دارد. در آخر معیاری را معرفی می کنیم که می توان از آن برای تشخیص نارسایی قلبی استفاده کرد.

    کلیدواژگان: نارسایی قلبی، معادله لانژوین، ضرایب کرامرز- مویال، مدل پخش- پرش
  • سارا خطیبی* صفحات 93-102

    از آنجایی که کوارک تاپ دارای جفت شدگی یوکاوای بزرگی است، مطالعه بخش هیگز- تاپ برای جستجوی هر انحرافی از پیش بینی مدل استاندارد بسیار مورد توجه است. در این مقاله، ما به مطالعه تولید بوزون هیگز در کانال هم جوشی گلویون- گلویون در حضور فرایندهای تغییر دهنده طعم کوارک تاپ از طریق جریان های خنثی (FCNC) در برخورد دهنده LHC خواهیم پرداخت. برای جستجوی اثرات فیزیک جدید از چارچوب نظریه میدان موثر بهره خواهیم جست. دامنه احتمال تولید هیگز به وسیله فرایندهای FCNC و شدت سیگنال به صورت نظری محاسبه می شود. سپس از مقایسه این نتایج نظری با نتایج حاصل از آزمایش برخورد دهنده LHC، ناحیه مجاز برای جفت شدگی های FCNC که در تولید بوزون هیگز نقش دارند، استخراج می شود.

    کلیدواژگان: بوزون هیگز، جریان های خنثی تغییر دهنده طعم، هم جوشی گلوئون- گلوئون
  • محسن مسلمی پورکانی، احسان ابراهیمی بسابی*، مسلم سوهانی صفحات 103-116

    امروزه انواع مختلفی از چشمه های یونی توسعه پیدا کرده اند که یکی از متداول ترین آنها چشمه یونی پنینگ است. این چشمه با توجه به سادگی ساختار و طول عمر بالاتر نسبت به سایر چشمه ها، بیشتر مورد توجه قرار می گیرد. در این مقاله طراحی و شبیه سازی چشمه یونی پنینگ با استفاده از نرم افزار CST انجام و تاثیر عوامل مختلف روی باریکه یون خروجی از این چشمه بیان شده است. از بین چیدمان های مختلف آهنربای دایمی دور چشمه، چیدمان دربرگیرنده حلقه ای برای محصورسازی ذرات داخل چشمه مناسب تر است. بهترین پتانسیل آند، کاتد و الکترود استخراج هم به ترتیب 15+، 500- و 3000- ولت به دست آمده است. برای انتقال باریکه خروجی از سیستم استخراج، الکترودهای کند کننده و شتاب دهنده مورد استفاده قرار گرفته اند. در بخش متمرکزسازی باریکه نیز لنزهای تعلیقی عملکرد بهتری نسبت به لنزهای غوطه ور دارند.

    کلیدواژگان: چشمه یونی، سیستم استخراج، لنزهای الکترواستاتیکی، نرم افزار CST
  • زهره مرتضوی زاده، حمید مصدق*، محمدحسین زارع صفحات 117-124

    در این مقاله، به مطالعه رفتار الکترون های برهم کنشی روی شبکه مربعی در حضور برهم کنش اسپین- مدار راشبا و در حد همبسته قوی می پردازیم. ابتدا با استفاده از نظریه اختلال مرتبه دو، مدل اسپینی موثر برای مدل راشبا- هابارد را در این حد به دست می آوریم. مدل اسپینی موثر شامل برهم کنش های همسانگرد، هایزنبرگ همسایه اول و دوم و همچنین جملات ناهمسانگرد کین- مل و ژیالوشینسکی- موریا است. در ادامه، اثر برهم کنش اسپین- مدار راشبا را در پایداری فاز های مغناطیسی مدل هایزنبرگ همسانگرد با استفاده از روش های کلاسیکی لاتینجر- تیزا و کمینه سازی وردشی بررسی می کنیم. محاسبات کلاسیکی موید آن است که وجود جملات تبادلی ناهمسانگرد در هامیلتونی موثر، باعث ناپایداری فازهای نل، واگن کلاسیکی و ستونی مدل هایزنبرگ همسانگرد به فاز پیچشی درون صفحه ای xz وyz می شود. قابل ذکر است که اثر افت و خیزهای کوانتومی می تواند منجر به پایداری فاز مایع اسپین کوانتومی در این سامانه های ناکام با نظم پیچشی شود. در ساختارهای لایه ای که شامل ماده ابررسانایی تک تایی در تماس با ماده مغناطیسی با نظم پیچشی است، جفت های کوپر تک تایی، به خاطر شکست تقارن دورانی اسپین، به جفت های کوپر ابررسانایی از نوع موج- p تبدیل می شوند. ابررساناهای نامتعارف نوع موج- p، سامانه های مناسب برای مطالعه ابررسانایی توپولوژی و مایوران های فرمیونی هستند

    کلیدواژگان: برهم کنش اسپین- مدار، نظم پیچشی درون صفحه ای، روش های لاتینجر- تیزا و وردشی
  • محمدحسین نامجو*، رضا عبادی صفحات 125-137

    وجود ذرات به اندازه کافی سبک در نظریه بنیادی توصیف کننده جهان پیرامونی، می تواند باعث ناپایداری سیاهچاله های چرخان شود که به این پدیده ابرتابش گفته می شود. به طور خاص اکسیون و ذرات شبه- اکسیونی نامزدهای مناسبی برای ایجاد چنین پدیده ای هستند. در اثر این ناپایداری، ابر اکسیونی با چگالی بالا در اطراف سیاهچاله تشکیل می شود. به سیستم ساهیچاله و ابر اکسیونی، اتم گرانشی اطلاق می شود. بررسی تحول این اتم گرانشی می تواند منجر به کشف اکسیون شود و یا قیدهای جدیدی بر فضای پارامتری اکسیون ها معرفی کند. با در نظر گرفتن جملات برهم کنشی اکسیون- فوتون و نیز اکسیون با خودش می توان دید که ابر اکسیونی تحت شرایطی ناپایدار می شود. منشا این ناپایداری ها تشدید پارامتری است که می تواند اثرات مشاهده پذیر داشته باشد. ما در این مقاله، با در نظر گرفتن باقی عوامل موثر در تحول ابر اکسیونی حد بالا برای نرخ این ناپایداری به دست می آوریم. نتایج به دست آمده نشان می دهد که برای ساده ترین مدل های اکسیونی این ناپایداری با نرخ بسیار کمی اتفاق می افتد؛ چرا که قبل از موثر شدن تشدید، خود برهم کنش ذرات باعث رمبش ابر اکسیونی می شود. ولی برای برخی مدل های خاص، تشدید می تواند به مقدار کافی بزرگ باشد تا اثرات مشاهده پذیر ایجاد کند. به علاوه، نشان خواهیم داد که تشدید ناشی از خود برهم کنش هیچ گاه به حد موثر خود نمی رسد.

    کلیدواژگان: اکسیون، سیاهچاله کر، ناپایداری ابرتابش، اتم گرانشی، تشدید پارامتری
  • شاهرخ پرویزی*، مهدی صادقی صفحات 139-145

    سیاه شامه اینشتین- یانگ- میلز در فضای پاددوسیته با میدان پیمانه ای (2) SU معرفی شده و با استفاده از تناظر نظریه میدان- گرانش، رسانندگی غیر آبلی جریان مستقیم رنگ محاسبه شده است.

    کلیدواژگان: رسانندگی رنگ، هولوگرافی، نظریه پاسخ خطی، سیاه شامه
  • محمدحسین زارع* صفحات 147-155

    اخیرا مدل هایزنبرگ- کیتایوی گسترده برای توصیف عایق های مات اسپین- مدار لایه نظیر اکسید ایریدیت ها و  با شبکه لانه زنبوری مطرح شده است. در این مقاله با شروع از مدل آلاییده  با حفره، پایداری فازهای ابررسانایی اسپین- تک تایی و - سه تایی را به خاطر رقابت بین برهم کنش های تبادلی فرومغناطیس و پادفرومغناطیس بررسی می کنیم. حل عددی خودسازگار معادلات گاف خطی نشان می دهد که برهم کنش های تبادلی هایزنبرگ و کیتایوی فرومغناطیس به تنهایی می توانند باعث پایداری فاز ابررسانایی اسپین- سه تایی در این دسته از مواد شوند. در ضمن، برهم کنش غیرقطری  منجر به گسترش ناحیه حالت اسپین- سه تایی در سیمای فاز مدل آلاییده هایزنبرگ- کیتایو با  و  می شود. همچنین نتایج نشان می دهد که برهم کنش غیرقطری فرومغناطیس به تنهایی در مقابل برهم کنش های هایزنبرگ و کیتایوی پادفرومغناطیس نمی تواند باعث پایداری فاز موج -p شود.

    کلیدواژگان: عایق مات اسپین مدار، ابررسانای غیرمتعارف، مدل هایزنبرگ- کیتائوی گسترده
  • رضا کیانی ایران پور*، سید نادر رسولی صفحات 157-176

    جذب نور کانونی‎ شده در داخل الکترولیت آبی، موجب گرم ‏شدن موضعی آن و ایجاد گرادیان میدان دما، پیرامون ناحیه جاذب نور، می‎شود. بر اساس پدیده‎ای به ‎نام اثر سره، یون‎های مثبت و منفی در حضور میدان دما به ‎سمت ناحیه گرم‎تر و یا سردتر حرکت می‎کنند؛ اما این تمایل و حرکت برای دو نوع یون یکسان نیست، و یکی از دو نوع یون بیش از دیگری در ناحیه کانونی مجتمع می‎شود. این به ‎معنای ایجاد بار الکتریکی خالص و معلق در سیال، در ناحیه جاذب گرما است. اعمال میدان الکتریکی خارجی به این سیال، موجب اعمال نیرو به بار خالص جمع‎ شده و در نتیجه حرکت سیال خواهد بود. ما این مسئله را برای سیال الکترولیت محصور در میان دو تیغه دی‎الکتریک شفاف، که در فاصله کمی از یکدیگر قرار گرفته‎اند، به دو روش تحلیلی و المان محدود بررسی می‎کنیم. در ابتدا میدان دمایی ایجاد‏ شده توسط باریکه گوسی نور در داخل و خارج الکترولیت را محاسبه می‎کنیم. سپس پتانسیل الکتریکی و چگالی بار را در ناحیه مربوطه به‎ دست می‎آوریم و در گام آخر نیز میدان برداری سرعت سیال و کل جریان ایجاد‏ شده محاسبه می‎شوند. نتایج تحلیلی و عددی به ‎خوبی یکدیگر را تایید می‎کنند.

    کلیدواژگان: میکروفلوئیدیک، ریزپمپ، اثر سره
  • نریمان رحیمی، مجتبی تاجیک* صفحات 177-185

    این مقاله اثر پارامترهای عملیاتی از قبیل درجه حرارت محیط و ولتاژ اعمالی بر زمان مرگ یک شمارنده گایگر-مولر از نوع دیواره نازک با استفاده از مدل وقفه پذیر و روش دو- چشمه استاندارد بررسی شده است. مطالعات تجربی با استفاده از چشمه های Cs137 و 90Sr در ولتاژهای بین ولت 600 تا 800 ولت و در بازه ی دمایی 27- تا 70 درجه سانتی گراد انجام شده است.نتایج  بررسی ها برای ولتاژ اعمالی نشان می دهند که رفتار زمان مرگ برحسب ولتاژ را می توان در سه ناحیه مجزا دسته بندی کرد. در ناحیه I (ولتاژهای ولتاژهای پایین) زمان مرگ با افزایش ولتاژ کاهش می یابد، در ناحیه II (ولتاژهای نزدیک به ولتاژ کارشمارنده)، زمان مرگ تقریبا ثابت است. در ناحیهIII) ولتاژهای بالاتر از 740 ولت) با افزایش ولتاژ، زمان مرگ بطور کند و خطی افزایش می یابد. تغییرات زمان مرگ  برحسب ولتاژ  در ناحیه I  بیشتر از ناحیه​​ III است. ناحیهII با حداقل زمان مرگ و کمترین تغییرات نسبت به ولتاژ اعمالی بهترین منطقه عملیاتی است. مطالعات نشان می دهند میزان تغییرات زمان مرگ و میزان گستردگی فلات زمان مرگ (ناحیه II) برای چشمه 137Cs و چشمه 90Sr متفاوت است. زمان مرگ با استفاده از چشمه  137Csبین 58 تا 78 میکرو ثانیه و با استفاده از چشمه 90Sr  بین 79 تا 130 میکرو ثانیه بدست آمد. بطور کلی برای هریک از نواحی I، II و III تغییرات زمان مرگ برحسب ولتاژ برای چشمه 90Sr نسبت چشمه   137Cs کمتر است. نتایج تجربی همچنین نشان می دهند که زمان مرگ با افزایش دما، افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: شمارنده گایگر- مولر، زمان مرگ، وابستگی دمایی، ولتاژ اعمالی
|
  • M. Kargarian * Pages 1-22

    By using concepts of topology in mathematics, quantum mechanics, and their synergetic development during the past few decades, condensed matter physicists have discovered new phases of matter and introduced general frameworks to classify them. The research includes a vast gamut from chemistry of atomic orbitals to material science, promising new applications in the growing technologies. This review article aims to provide a better understanding of these unprecedented electron systems and their underlying topological principles. The article consist of two parts. First, there is a historical review of using topological concepts in condensed matter systems. Then, in the second part, we elaborate on some basics of topology in quantum mechanics and the concept of topological invariants.

    Keywords: geometrical, berry phases, topology, topological materials, Chern invariant
  • H. Nadjari *, H. Movahedinejad Pages 23-30

    A new method is developed to calculate the mean free path of electrons in spherical nano particles and related Г(R) in the Drude model; accordingly, we have corrected ϵ(R,ω). The new dielectric function is inserted in the series expansion of extinction and absorption cross sections in the Mie Theory. After plotting the real and imaginary part of  ϵ(R,ω) in 3D graphs, and Cext and Cabs in other 3D graphs, we show that the SPR’s positions are relatively constant for two samples; meanwhile, it is displayed that the absorbance for these two samples have visible changes. At last, in two separate 3D graphs, we have plotted the variation of wave length and absorbance against radius and standard deviation to estimate the radius range for experimentally produced gold nanoparticles. We have estimated the radius to be 17 ~ 20 nm for the immediately prepared sample and 12~14 nm for the same sample illuminated with pulsed laser. These results are consistent with the experimental data of TEM images.

    Keywords: nano particles, dielectric function, mie thoeory, 3D absrpion diagram
  • T. Mirzaei Rezaei, A .Amani * Pages 31-38

    In this paper, the model of the new agegraphic is considered as an alternative to the teleparallel modified gravity model. First, we obtain the Friedman equations by taking dark matter and dark energy based on the existence of the bulk viscosity in the flat Friedmann–Robertson–Walker metric. So, we obtain the cosmological parameters and the function f(T) by using the power law of the scale factor and the correspondence between the agegraphic model and teleparallel gravity. By plotting the variety of the dark energy equation of state versus the redshift parameter, we describe the accelerated expansion of the universe. Finally, we investigate the stability condition by using the function of sound speed, finding the energy-weak constraints for free parameters.

    Keywords: new agegraphic, Teleparallel Gravity, equation of state, dark energy
  • A. M .Nikoo_H .Sadeghi *_A. Arab_S. J. Hashemifar Pages 39-48

    In this study, the structural and electronic properties of III-V semiconductor compounds are studied using Density Functional Theory computations within the Full Potential Linearized Augmented Plane Wave (FP-LAPW) method. After considering several exchange-correlation functionals, it is determined that the SOGGA and GGA-WC functionals are suitable alternatives for calculating the structural properties of the desired compounds. For the calculation of electronic properties, particularly the energy band gap, the GGA-EV functional and the TB-mBJ exchange potential with spin-orbit correction are approved. The results show that the exchange potential TB-mBJ + SOC accurately calculates the band gap of these compounds. In the case of materials such as TlAs, which have negative band gaps, it is found that the exchange potential TB-mBJ is not able to predict this gap; in fact, the gap is set to zero. For the calculation of the effective mass, several methods are used; after comparing with experimental data, it is found that the GGA-PBE and GGA-EV functionals calculate this quantity for small band gap and large band gap materials, respectively; this is done with proper accuracy and of course,   the best effective mass results are obtained with the method of hybrid functional HSEbgfit. It is also found that the spin-orbit correction makes the calculated effective mass results closer to the experimental values.

    Keywords: III-V materials, lattice parameter, energy gap, effective mass, DFT
  • A. Asgariyan Tabrizi *, A. Pahlavan, Mehdi Radmehr Pages 49-56

    In this paper, a two-dimensional structure of thin-layer silicon solar cells with a combination of silver nanoparticle arrays and a blazed grating is introduced. Applying Ag nanoparticles in the top surface of thin-layer solar cells imrpoves the coefficient of light transmission into the active layer and photon absorption because of the resonance surface plasmon effect. By using the FDTD method, the transmittance and absorption of light at both surfaces is investigated. The effect of such structural parameters as radius, distance of nanoparticles, angle of blazed grating and the grating constant has been reported. Finally, both surfaces are combined and the weighted mean values of the light absorbed by active layer are calculated. The results show that the light trapping efficiency can be improved under specified combinations of the structural parameters.

    Keywords: nanoparticle, thin layer solar cells, gratings, surface plasmon effect
  • M .Payami Shabestar *, M. R. Basaadat Pages 57-64

    Crystal defects play an important role in the material strength and its mechanical properties. The Zr-1%Nb alloy, because of its low cross-section for thermal-neutron capture, corrosion resistance in water and suitable mechanical properties, is widely used in nuclear reactors. This alloy has an HCP structure at low temperatures and for low concentrations of Nb impurity. In this work, using the first-principles density-functional theory calculations, as well as molecular dynamics calculations with interatomic potentials, we have investigated the properties of vacancy and self-interstitial point defects in pure zirconium. The formation energy and formation volume are calculated; the results show a good agreement with the  experimental values. These quantities are calculated for the Zr-1%Nb alloy as well; the  results do not show any significant differences with those of the pure Zr. In addition, the interaction between two vacancies is investigated; by the calculation of the binding energies for di-vacancy clusters in different configurations, it is shown that only those clusters are stable for which the vacancies are in the first neighbor positions. Finally, the displacement energy of a vacancy in the basal plane is calculated, showing a  good agreement with experiment.

    Keywords: nuclear reactor, zirconium-niobium alloy, crystal defect, density-functional theory, molecular dynamics
  • M. Payami Shabestar *, S. Sheykhi Pages 65-72

    Understanding thermal behavior and processes underlying the heat transport of UO2 nuclear fuel in nuclear reactor plays a key role in predicting the efficiency of the fuel. If the heat transport, which is an important parameter in temperature distribution of the fuel, does not occur properly, the continuous increase of temperature would lead to the melting of the fuel and therefore, environmental hazards. In this work, by using a non-spin-polarized calculation for the simple description of the paramagnetic state and ignoring the Hubbard correction, the thermal properties and phonon properties of bulk UO2 are calculated. These calculations are based on the density-functional theory (DFT) and density-functional perturbation theory (DFPT). To determine the lattice-vibration properties by the finite-displacement method, we have calculated the second-order and third-order force constants based on which such quantities as  constant-volume specific heat, Gruneisen parameter, three-phonon scattering rate, scattering rate due to different levels of isotopic enrichment, and cumulative thermal conductivity are calculated. The results of the calculated specific heat based on the harmonic approximation show a good agreement with the experimental values, specifically for temperatures lower than 400 Kelvin. The results obtained for three-phonon scattering rate reveal that the scattering rate increases with temperature, thereby leading to the decrease of thermal conductivity. The results related to different levels of isotopic enrichments do not show any sensible changes in the scattering rates.

    Keywords: uranium dioxide, phonon, phonon scattering rate, phonon mean free path, Boltzmann transport equation
  • S. V. Mousavi * Pages 73-82

    In an effort to describe quantum and classical mechanics with the same language, a wave equation for a continuous transition from quantum to classical mechanics has been proposed. Furthermore, the equivalence of this nonlinear equation with a linear one, known as the scaled equation, which is just the Schrodinger equation with the scaled Planck constant instead of the usual one, has been proved. Using this equation, we'll study three interesting phenomena; these include tunneling through a rectangular barrier, total reflection from a hard wall, and the gravitational weak equivalence principle in quantum, transition and classical regions. Time-independent scaled equation for the stationary states is derived and solved for a flux of particles incident on the barrier. The relations show that tunneling probability is exactly zero in the classical regime. For the other problems, we use a Gaussian wavepacket to calculate  the expectation value of the position operator in reflection from the hard wall and to estimate the detection probability and arrival time in the problem of the gravitational weak equivalence.

    Keywords: quantum-classical transition, scaled wave equation, tunneling, reflection, gravitational weak equivalence principle
  • P .Manshour *, M. A. Badragheh Pages 83-91

    The Jump-Diffusion equation is a generalization of the Langevin equation; it has been usually applied to reconstruct discontinuous stochastic processes. In this article, by using this equation, we investigate the electrocardiogram of the electric activity of the heart beat, for three groups of subjects with normal, atrial fibrillation and ventricular arrhythmia. At first, we demonstrate that the time series of electrocardiogram is a discontinuous process that can be modeled by the jump-diffusion equation. Then, by calculating the Kramers-Moyal coefficients related to this equation, we show that there is  a significant difference between the heart dynamics of the  normal subjects and the ones with heart failure exists. Finally, we introduce a measure that may be used for the diagnosis of heart failures.

    Keywords: Langevin equation, heart failure, Kramers-Moyal coefficients, jump-diffusion model
  • S. Khatibi * Pages 93-102

    Since top quark has large Yukawa coupling, investigation the Higgs-top sector is highly interesting as it looks for any deviations from the standard model predictions. In this paper, we study the Higgs boson production in the gluon-gluon fusion channel and in the presence of top quark Flavor Changing Neutral Current (FCNC) interactions at the LHC.  We utilize the standard model effective field theory framework to probe the new physics effects. The amplitude for Higgs boson production via FCNC interactions and the theoretical expression for its signal strength are calculated. Then, by comparing this theoretical expression with the experimental value reported by LHC collaborations, we find the allowed region for those FCNC couplings that play a role in Higgs boson production

    Keywords: Higgs boson, flavour changing neutral current, gluon-gluon fusion
  • M.Moslemipoorkani, E .Ebrahimibasabi *, M .Sohani Pages 103-116

    Today, many different kinds of ion sources have been developed. One of the most important ones is the penning or PIG ion source. Due to its simplicity of structure and longer lifetime, these ion sources are more widely considered than other ones. In this paper, design and simulation of the parameters affecting the ion beam characteristics from a penning ion source are performed using the CST software. Among the various structures of the permanent magnet around the source, the circular arrangement is found to be better for the confinement of particles inside the source. The electric potential of the anode, the cathode and the extraction electrode are found to be 15+, -500 and -3000 Volt, respectively. The decelerator and accelerator electrodes are used as ion source extraction systems. In addition, in the beam transport systems, high efficiency focusing in Einzel lens is more than that of immersion lens.

    Keywords: ion source, extraction system, electrostatic lens, CST software
  • Z. Mortazavizade, H. Mosadeq *, M.H.Zare Pages 117-124

    In this work, we investigate the interacting electrons on a square lattice in the presence of Rashba spin-orbit coupling. We first obtain the effective spin model from the Rashba-Hubbard model in the strongly correlated limit using the second perturbation theory. The effective spin model includes isotropic Heisenberg terms, nearest- and next-nearest-neighbor interactions, as well as the anisotropic ones as Kane-Mele and Dzyaloshinski-Moriya interactions. We proceed to study the influence of Rashba spin-orbit coupling on the stability of the magnetic phases of isotropic Heisenberg using Luttinger-Tisza and variational minimization classical methods. Our classical calculations show that the anisotropic terms leads to the instability of the Neel, classical degenerate and collinear phases of the isotropic Heisenberg model on the square lattice into an incommensurate planar phase. The spiral magnetic order in the two-dimensional frustrated magnets can be disordered by considering the quantum fluctuations. In a heterostructure including a noncollinear magnet and a singlet superconductor, singlet Cooper pairs can be converted to triplet pairings due to the broken spin rotational symmetry. Therefore, we can engineer a topological superconductor using noncollinear magnet in a heterostructure system.

    Keywords: spin-orbit coupling, in-plane spiral order, Luttinger-Tisza, variational methods
  • M. H.Namjoo *, R. Ebadi Pages 125-137

    The presence of sufficiently light particles in the fundamental Lagrangian could trigger instability in rotating black holes, the so-called superradiance instability. In particular, axion and axion-like-particles (ALPs) are good candidates to prompt such an instability. As a result, a high-density axion cloud forms around the black hole. The system of black holes and the axion cloud surrounding it is called a gravitational atom. Examining the evolution of this gravitational atom could lead to the discovery of an axion or introduce new constraints on their parametric space. The axion cloud becomes unstable under certain conditions when axion-photon interactions and axion self-interactions are considered. The nature of these instabilities is the parametric resonance. In this paper, we obtain an upper bound for the rate of this instability. The results show that for the simplest axion models, this instability occurs at a very low rate because, before the resonance becomes effective, self-interactions cause the axion cloud to collapse. But for some exotic models, the resonance rate could be large enough to introduce observable effects. In addition, we will show that the parametric resonance caused by self-interactions never happens at a significant level.

    Keywords: superradiance, instabilities, Kerr blackhole, parametric resonance, axion
  • Sh. Parvizi *, M.Sadeghi Pages 139-145

    Considering the SU(2) Yang-Mills theory in a 4-dimensional Einstein Gravity, we find a black brane solution in the AdS space. For this setup, by using the AdS/CFT holography, we find non-Abelian color conductivity of the gauge theory on the  boundary of the AdS space. Color conductivity is defined by the generalized Ohm’s law and computed by applying holography to the linear response theory.

    Keywords: color conductivity, Holography, linear response theory, black brane
  • MohammadHossein Zare * Pages 147-155

    Recently, the extended Kitaev-Heisenberg model has been proposed to describe spin-orbital Mott insulators, such as iridate oxides and ruthenium chloride with honeycomb lattice. Using mean-field theory, we obtain the linear gap equations to find all possible superconducting phases in terms of different exchanges and doping levels. Our calculation based  on the hole-doped model, in the presence of the off-diagonal exchange  , shows the spin-triplet states can be stable in a larger area related to the doped Kitaev-Heisenberg model with K<0 and JH>0. However, the finite ferromagnetic off-diagonal exchange solely cannot generate the triplet pairing instabilities in competition with the antiferromagnetic-Heisenberg and -Kitaev exchanges.

    Keywords: spin-orbit Mott insulator, unconventional superconductivity, extended kitaev-heisenberg model
  • R. Kiani Iranpour *, S. N. Rasuli Pages 157-176

    The absorption of the focused light inside aqueous electrolyte locally heats it; thus, it creates a temperature field and temperature gradient around the light-absorbing region. Due to a phenomenon known as Soret effect, positive and negative ions move in the presence of the temperature field toward the warmer or cooler region. However, this tendency and its corresponding motion are not the same for two types of ions; therefore, it ends up with a locally charged region. This means creating a pure electric charge suspended in the light absorption area. Applying an external electric field to the fluid then exerts a force to the net charge and its surrounding fluid, resulting in the fluid’s motion. We investigate this problem for an electrolyte fluid enclosed between two parallel transparent dielectric blades closely located to each other. Based on analytic and finite element methods, we calculate the temperature field created by the Gaussian beam inside and outside the electrolyte. We then obtain its induced electric potential and charge density. Finally, we calculate the fluid velocity field and the total induced current. The analytical and numerical results well verify each other.

    Keywords: microfluidics, micropump, Soret effect
  • N. Rahimi, M. Tajik * Pages 177-185

    This paper has investigated the effect of operating parameters such as ambient temperature and applied voltage on the dead time of a thin-walled Geiger-Muller (GM) counter using non-paralyzing model and two-source method. Experimental studies have been conducted using 137Cs and 90Sr sources at voltages ranging from 600 to 800 V and in the temperature range of -27-70 0C. The results of the investigations for applied voltage indicate that the dead time behavior in terms of voltage can be classified into three distinct regions. In region I (low voltages), the dead time decreases with increasing voltage, in region II (voltage close to the operating voltage), the dead time is almost constant. The dead time in region III (voltages above 740V) increases slowly and linearly with increasing voltage. The variation in the dead time in the region I is greater than region III. Region II with the minimum dead time and minimum variation of the operating voltage is the best operating region. Studies show that the variation of dead time and the range of the dead time plateau (District II) for 137Cs and 90Sr sources is different. The dead time was using 137Cs source was obtained between 58 and 78 ms and using 90Sr source between 79 and 130 ms. In general, the variations of dead time versus voltage for each of Regions I, II and III for 90Sr source are lower than 137Cs source. Experimental results also show that the dead time increases with increasing temperature.

    Keywords: Geiger-Muller counter, deadtime, temperature dependence, applied voltage