فهرست مطالب

فیزیک کاربردی - سال دوازدهم شماره 1 (پیاپی 28، بهار 1401)

مجله فیزیک کاربردی
سال دوازدهم شماره 1 (پیاپی 28، بهار 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/02/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • حمدالله صالحی*، فاطمه سادات حجازی صفحات 7-16

    در این مقاله ویژگی های ساختاری از جمله؛ پارامترهای ساختاری، ساختار نوارهای انرژی، چگالی حالت هاو چگالی ابر الکترونی برای فاز مکعبی LaGaO3 محاسبه شده اند. محاسبات با استفاده از روش شبه پتانسیل و موج تخت در چارچوب نظریه تابعی چگالی  با تقریب شیب تعمیم یافته (GGA) به کمک بسته محاسباتی کوانتوم اسپرسو انجام شده است. نتایج به دست آمده در توافق خوبی با نتایج دیگران است.

    کلیدواژگان: پارامترهای ساختاری، ساختار نوارهای انرژی، چگالی حالت ها، LaGaO3، نظریه تابعی چگالی
  • تایماز فتح الهی خلخالی*، بهروز رضایی صفحات 17-30
    در این تحقیق ساختار نواری فوتونی در بلورهای فوتونی دو بعدی با شبکه مربعی و لانه زنبوری، ساخته شده از حفره های هوا در زمینه ماده غیرخطی کر مورد بررسی قرار گرفته است. حفره های هوا دارای اشکال هندسی مختلفی هستند که با پلاسما پر شده اند. نتایج محاسبات عددی بر پایه روش تفاضل های متناهی در حوزه زمان نشان می دهد که به ازای موج فرودی با شدت کم، اکثر ساختارهای طراحی شده به ازای پارامترهای ساختاری بهینه، دارای شکاف فوتونی کامل با پهنای قابل ملاحظه است، به طوری که می توان با تغییر شدت موج فرودی این پهنا را تغییر داد. این محاسبات نشان می دهد که هنگامی که شکل حفره های پر شده از پلاسما با شکل سلول واحد شبکه یکسان است، بیشترین میزان تغییرات شکاف کامل فوتونی به ازای تغییر شدت نور فرودی در محدوده بسامدی  قابل مشاهده است. همچنین بیشینه پهنای شکاف فوتونی در این ساختارها به اندازه  رسید که در مقایسه با ساختارهای مشابه قبلی در حدود  افزایش یافته است. نتایج بدست آمده می تواند در طراحی ادوات نوری کوک پذیر مورد استفاده قرار گیرد.
    کلیدواژگان: بلور فوتونی دو بعدی، پلاسما، ماده غیرخطی کر، روش تفاضل های متناهی در حوزه زمان
  • مریم قشلاقی*، سمیه داودی صفحات 31-46
    هدف این مقاله بهینه سازی آینه های تمام بازتاب در محدوده طول موج فروسرخ می باشد. آینه های فروسرخ علاوه بر اینکه یکی از اجزای اصلی لیزر گازکربنیک می باشد، کاربرد گسترده ای در مسیر نوری قابل انعطاف یا هدایت پرتو دارند. در ساختار این آینه های تمام بازتاب فروسرخ از فلز، دی الکتریک و شبه فلز به صورت (شیشه/ فلز/ دی الکتریک/ شبه فلز/ هوا) استفاده می شود. به طور جداگانه طراحی لایه نشانی آینه تمام بازتاب برای هر یک از لایه های فلزی، دی الکتریک و شبه فلز با مواد مختلف بررسی شد. در هر مرحله بهترین نوع لایه بر اساس بالاترین درصد بازتاب انتخاب شد. این لایه ها نقره (با بازتاب 87/99 درصد در ساختار شیشه/ فلز/ هوا)، فلوراید منیزیم (با بازتاب 31/98 درصد در ساختار شیشه/ نقره/ فلورید منیزیم/ هوا) و ژرمانیم (با بازتاب 88/99 درصد در ساختار شیشه/ نقره/ فلورید منیزیم/ ژرمانیوم/ هوا) به ترتیب برای فلز، دی الکتریک و شبه فلز هستند. سپس با تغییر ضخامت هر یک از لایه ها، ضخامت بهینه برای نقره، فلوراید منیزیم و ژرمانیم به ترتیب 100، 550 و 200 نانومتر تعیین شد. با بررسی تاثیر زاویه تابش، ملاحظه گردید که متوسط بیشترین درصد بازتاب مربوط به زاویه صفر و 88/99 درصد می باشد. طراحی های لایه‏نشانی توسط نرم افزار لایه‏نشانی مک لیود صورت گرفت.
    کلیدواژگان: لایه‏ نشانی، تمام بازتاب، فروسرخ، لیزر گازکربنیک، شبه فلز
  • احسان کوشکی*، عادل زارع طزرقی صفحات 47-68
    در این مقاله بررسی کاملی بر سیال اطراف نانوذرات و اندازه هیدرودینامیکی آن ها خواهیم داشت. در ابتدا روابط کامل معادلات سرعت و میدان برداری سرعت در اطراف یک نانو ذره کروی را به دست می آوریم. به این منظور  از روش تحلیلی استوکس همراه با شرایط مرزی سود می بریم. به کمک معادلات بردار سرعت، به مولفه های تانسور تنش روی سطح کره و نیروی مقاومت سیال بر روی نانو ذره خواهیم رسید. در گام بعد قطر هیدرودینامیکی ذره را، قطری در نظر می گیریم که سیال دیگر به صورت تاثیرگذار همراه ذره حرکت نمی کند. همچنین، از معادلات سرعت به تعریفی برای این کمیت می رسیم و تاثیرات سرعت نسبی ذره به سیال و گرانروی سیال بر این کمیت را بررسی و به ارتباطی معنا دار بین این مقادیر خواهیم رسید. در بخش تجربی، نانو ذرات طلا با قطر 12 نانومتر به روش ترکویچ سنتز و مشخصه یابی می شوند. اندازه حقیقی و اندازه هیدرودینامیکی ذرات به کمک میکروسکوپ گذار الکترونی (TEM) و پراکندگی نور دینامیکی (DLS) اندازه گیری می شوند. با برازش عددی در کد برنامه نویسی به زبان فرترن 90 و استفاده از داده های تجربی، توانستیم سرعت نسبی ذرات نسبت به سیال را برآورد کنیم. این مطالعات می تواند روشی مفید برای مطالعه تجربی و تیوری مقاومت و پخش نانو ذرات در محیط های کلوییدی باشد و کاربردهای فراوانی در استفاده های تجربی از نانو کلوییدها مانند دارو رسانی به کمک نانوذرات داشته باشد.
    کلیدواژگان: میدان برداری سرعت، سیال، نانوذرات طلا، شعاع هیدرودینامیکی، پراکندگی نور دینامیک
  • عباس مبشری، سعید پرهوده*، غلامعباس شمس صفحات 69-81
    این پژوهش بر تاثیر آلاییدگی کادمیم در شبکه بلوری لایه نانوالیافی اکسید قلع (IV) تمرکز کرده است. لایه نانوالیافی با استفاده از روش الکتروریسی تهیه گردید که بدون مهره و دارای سطح مقطع دایره ای بودند. آثار آلاییدن با کادمیم این نانوالیاف بر روی شبکه بلوری با استفاده از الگوهای پراش پرتو ایکس مورد مطالعه قرار گرفت. مقادیر پارامترهای شبکه اکسید قلع (IV) و به نوبه خود حجم سلول واحد و چگالی آن، بسیار کم افزایش پیدا کرده است. این تغییر را می توان به ورود کادمیم به ساختار بلوری اکسید قلع (IV) ارتباط داد. البته آلاییدن با کادمیم تاثیری بر روی زوایای سلول واحد نگذاشته است و همان ساختار تتراگونال حفظ گردیده است. باید گفته شود که قله ها کمی به سمت زوایای بزرگ تر جا به جا شد که به تشکیل تهی جا در مکان آنیون ها (اکسیژن) نسبت داده شد.
    کلیدواژگان: آلاییدگی، کادمیم، نانوالیاف، اکسید قلع، شبکه بلوری
  • کامبیز هدایتی* صفحات 82-97
    در این پژوهش لایه های نازک دی اکسید تیتانیوم به روش الکتروانباشت لایه نشانی گردید. الکتروانباشت یک روش لایه نشانی با کیفیت بالا بدون نیاز به شرایط دما و فشار بالا می باشد. در این روش با اعمال جریان الکتریکی به یک الکترولیت لایه مورد نظر بر روی زیرلایه انباشت می گردد. در این تحقیق از زیر لایه آلومینیوم برای لایه نشانی استفاده گردید.  به منظور بررسی ویژگی های ساختاری لایه انباشت شده از پراش اشعه ایکس استفاده شد و ساختار دی اکسید تیتانیوم،  آناتاز تععین گردید. سپس اندازه بلورک ها و میزان کرنش شبکه با استفاده از رابطه دبای- شرر و  ویلیامسون- هال تعیین گردید. ویژگی های سطحی لایه های نازک انباشت شده با ضخامت های مختلف با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی مورد بررسی قرار گرفت. میزان ناهمواری های سطحی لایه های نازک با رسم منحنی طول اسکن بر حسب زبری سطح به دست آمد و مشخص شد که لایه ها دارای ناهمواری سطحی نابهنجار می باشند. ویژگی های فوتوکاتالیستی لایه نازک دی اکسید تیتانیوم بر روی رنگ های آزو اسید آبی و اسید سیاه مورد بررسی قرار گرفت و میزان تخریب رنگ های مورد بحث با استفاده از طیف مریی- فرابنفش مورد مطالعه قرار گرفت.
    کلیدواژگان: الکتروانباشت، دی اکسید تیتانیوم، ویژگی های سطحی، فوتوکتالیست
|
  • Hamdollah Salehi *, Fatemeh Sadat Hejaz Pages 7-16

    In this paper, structural properties such as structure parameters, energy band structure, the density of state, and charge density of LaGaO3 are calculated from the cubic phase. The calculations have been performed using the pseudopotential and a plane wave method in the framework of density functional theory (DFT) with generalized gradient approximation (GGA) by the Quantum Espresso package. The results are in good agreement with the results of others.

    Keywords: structure parameters, Energy Band Structure, Density of states, LaGaO3, density functional theory
  • Taymaz Fathollahi-Khalkhali *, Behrooz Rezaei Pages 17-30
    In this study, the photonic band structure of two-dimensional photonic crystals with square and honeycomb lattices consisting of air holes in the Kerr nonlinear material background has been investigated. We assumed that the holes with different geometrical shapes are filled with plasma. The numerical results based on the finite difference time method show that most of the designed structures represent a complete photonic bandgap with noticeable width at optimum values of structural parameters for low-intensity incident waves, in which the width can be changed through varying the incident light intensity. The calculations show that when the shape of the plasma-filled holes is the same as the shape of the unit cell of the structures, the most change in the total photonic bandgap is visible in the frequency range as  the light intensity of the incident light changes. Furthermore, the maximum width of the photonic gap in these structures was reached , which has increased approximately  in comparison with similar previously studied structures. The obtained result can be used for designing tunable optical devices.
    Keywords: Two-dimensional photonic crystal, Plasma, Kerr nonlinear material, Finite difference time domain method
  • Maryam Gheshlaghi *, Somayh Davodi Pages 31-46
    The purpose of this paper is an optimization of high reflection mirrors in the infrared wavelength. Infrared mirrors, in addition to being one of the main components of carbon dioxide lasers, are widely used in the flexible optical path or beam conduction. In the structure of these high reflection infrared mirrors, metal, dielectric and quasi-metal are used as Glass / Metal / Dielectric / Quasi metal / Air. Separately the design of the high reflection mirror was investigated for each of the metals, dielectric and quasi-metal layers with different materials. In each step, the best type of material is selected based on the highest percentage of reflection. These layers are Silver (with a reflection of 99.87% in the structure of Glass / Metal / Air), magnesium fluoride (with a reflection of 98.31% in the structure of Glass / Ag / MgF 2/ Air), and Germanium (with a reflection of 99.88% in Structure Glass / Ag / MgF 2 / Ge / Air) for metal, dielectric and quasi-metal, respectively. Then, by changing the thickness of each layer, the optimal thicknesses for silver, magnesium fluoride, and germanium were determined to be 100, 550, and 200 nm, respectively. Examining the effect of angles of light incidence, it was observed that the highest average reflection is related to the angle of zero and 99.88%. The coating designs were done by McLeod coating software.
    Keywords: Coating, high reflection, Infrared, carbon dioxide lasers, quasi metal
  • Ehsan Koushki *, Adel Zare Tazarghi Pages 47-68
    In this paper, we are going to study the fluid around nanoparticles and their hydrodynamic size, completely. First, we obtain the complete set of relations of the velocity equations and the velocity vector field around a spherical nanoparticle. For this, we use Stokes' analytical method with boundary conditions. Using the velocity vector field equations, we obtain the stress tensor components on the sphere surface and the fluid resistance force on the nanoparticle. In the next step, we consider the hydrodynamic diameter of the particle to be the diameter at which the fluid no longer moves effectively with the particle, and we obtain a description for this quantity from the equations of velocity. We will examine and find a significant correlation between these values. In the experimental part, gold nanoparticles with a diameter of 12 nm are synthesized and characterized by the Turkevich method. The diameter and hydrodynamic diameter of particles are measured using an electron microscope (TEM) and dynamic light scattering (DLS). By numerical fitting the Fortran 90 programming code and using experimental data, we were able to estimate the relative velocity of the particles relative to the fluid. These studies can be a useful method for the experimental and theoretical study of resistance force and dispersion of nanoparticles in colloidal media and have many applications in experimental applications of nano colloids such as nanoparticle drug delivery.
    Keywords: velocity vector filed, fluid, Au nanoparticles, Hydrodynamic diameter, Dynamic light scattering
  • Abbas Mobasheri, Saeed Parhoodeh *, Gholamabbas Shams Pages 69-81
    This research focuses on the effect of cadmium doping on the crystal lattice of the tin oxide (IV) nanofibrous layer. This nanofibrous layer was prepared using the electrospinning method which had no beads and had a circular cross-section. The effects of cadmium doping of these nanofibers on the crystal lattice were studied using X-ray diffraction patterns. The values of tin oxide (IV) lattice parameters and in turn, the unit cells volume and its density increased very little. This change can be related to the entry of cadmium into the crystal structure of tin oxide (IV). However, doping with cadmium had no effect on unit cell angles and the same tetragonal structure was preserved. It should be noted that the peaks shifted slightly toward larger angles which were attributed to the formation of voids at the location of anions (oxygen).
    Keywords: doping, cadmium, Nanofibers, Tin oxide, crystal lattice
  • Kambiz Hedayati * Pages 82-97
    In this paper, the titanium dioxide thin films were electrodeposited on the aluminum substrate. In electrodeposition, a pure or alloy material is deposited on a conductive or a semiconductor substrate from a solution by the passage of an electric current via two or three electrodes. The structure of TiO2 thin film with 1000 nm thickness was studied by X-ray diffraction. The crystallite size of the thin film was obtained about 41 nm via Debye– Scherrer equation. Also, the crystallite size and strain of lattice calculated by Williamson– Hall equation were about 46 nm and 0.004, respectively. The film surface roughness was investigated using an atomic force microscope (AFM). The logarithmic plots of roughness as a function of scan length for titanium dioxide films indicate that the film roughness increases as the film thickness increases. The electrodeposited TiO2 films exhibit anomalous scaling roughness behavior on the film thickness. The photocatalyst properties of TiO2 thin films were investigated via photodegradation of two azo dyes, acid blue and acid black, under ultraviolet irradiation. The absorbance spectra indicated that the titanium dioxide thin film with 1000 nm thickness degradation 94 % both acid blue and acid black in 60 min. Also, the increasing film thickness increased degradation at the same time.
    Keywords: Electrodeposition, titanium dioxide, surface properties, photocatalytic