فهرست مطالب

نشریه پژوهش سیستم های بس ذره ای
سال سیزدهم شماره 4 (پیاپی 39، زمستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/12/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • فاطمه وحیدیان، سعید باغشاهی* صفحات 1-16

    در این مطالعه، سلول خورشیدی CIGS با ساختارMo/CuIn0.7Ga0.3Se2(CIGS) /CdS/ZnO/Al-Doped ZnO  توسط نرم افزار Atlas silvaco-TCAD شبیه سازی شد. ویژگی های فتوولتائیک سلول خورشیدی با استفاده از لایه های بافر CdS و ZnSe محاسبه و مقایسه شد. سپس ویژگی های فتوولتائیک با ضخامت های مختلف لایه بافر ZnSe مورد بررسی قرار گرفت. ضخامت 25 نانومتر به عنوان ضخامت بهینه انتخاب شد. پس از بهینه سازی ضخامت لایه ZnSe، ویژگی های فتوولتائیک سلول خورشیدی با تغییر اختلاف نوار هدایت (CBO) مورد ارزیابی قرار گرفت. بالاترین راندمان تبدیل سلول خورشیدی CIGS در محدوده از eV5/0- تا eV5/0+ برای CBO به دست آمد. در نهایت، به دلیل شفافیت نوری بالا، تحرک حامل بالا و خواص مکانیکی مناسب، گرافن با Al-doped ZnO (AZO) جایگزین شد. گرافن به صورت تک لایه و چند لایه به عنوان لایه اکسید رسانای شفاف (TCO) استفاده شد. شبیه سازی ها بیشترین بازده را برای ساختار سلول خورشیدی بر اساس single layer graphene Mo/CIGS/ZnSe/i-ZnO/ و پارامترهای فتوولتائیک mA/cm2 64/38=Jsc ، V 67/0Voc=، %33/79=FF و 71/20η= درصد پیش بینی کردند.

    کلیدواژگان: سیلواکو، سلول خورشیدی لایه نازک، CIGS، لایه بافر، ZnSe، گرافن
  • مهسا خادم صدیق* صفحات 17-27
    بلورمایع ها با پاسخ های نوری و الکترواپتیکی بالا نقش مهمی در اپتیک و فوتونیک دارند. از این رو، ارائه روشی ساده برای افزایش رفتارهای نوری بلورمایع ها تحت تاثیر میدان های خارجی را می توان یکی از چالش برانگیزترین حوزه های پژوهشی دانست. در این کار تجربی، اثرات دما و ماده کایرال راستگرد با درصدهای وزنی مختلف بر روی ضرایب شکست و خواص نوری بلورمایع نماتیک E7 تحت اعمال میدان خارجی مورد بررسی و مطالعه قرار گرفت. علیرغم کاهش ثابت کر با افزایش درصد وزنی آلاینده های کایرال و دما، بیشترین مقدار پاسخ نوری در حضور میدان الکتریکی برای بلور مایع نماتیک آلائیده شده با %3 از ماده راستگرد به دست آمد. در این حالت مقدار ثابت کر تقریبا 2 برابر نمونه بلورمایع خالص است. این نتیجه جالب می تواند مربوط به تغییرات پارامتر نظم ناشی از برهم کنش های مختلف مولکولی باشد. بدین ترتیب نتایج به دست آمده در این پژوهش می تواند به عنوان روشی ساده به منظور افزایش پاسخ نوری بلورمایع های نماتیک در حضور میدان الکتریکی خارجی مورد استفاده قرار گیرد.
    کلیدواژگان: بلور مایع، ثابت کر، دما، کایرال، میدان الکتریکی
  • امیر هومان آران پور، حسن خلیلی*، شهلا ناهیدی نژاد، معصومه دالوند صفحات 29-40

    مطالعه عامل اخترفیزیکی S، یکی از روش های تجزیه و تحلیل واکنش های گیراندازی تابشی پروتونی در چارچوب نظری برای دماهای پایین می باشد. در این کار با استفاده از مدل پتانسیل وودز-ساکسون به مطالعه عددی واکنش گیراندازی تابشی پروتونی توسط اکسیژن17 پرداخته شده است. ابتدا عامل اخترفیزیکیS  برای واکنش17O (p,γ)18F در انرژی های کم محاسبه شد و سپس با استفاده از عامل اخترفیزیکیS  نرخ واکنش به دست آورده شد. همچنین در این کار شدت گذار چهارقطبی الکتریکی B [E2] از حالت های برانگیخته هسته 18F بررسی شده است. مشخص شد که B [E2] به انرژی و اسپین حالت های برانگیخته وابسته می باشد. نتایج به دست آمده در خصوص عامل اخترفیزیکیS، نرخ واکنش و شدت گذار در محدوده انرژی keV 200-500 با داده های تجربی و سایر مدل های نظری مقایسه و مطابقت خوبی داشتند. همچنین عامل اخترفیزیکی S در انرژی صفر با روش برون یابی برای تراز +(2/5) محاسبه و مقدار keV b 8/4 S (0)= ارزیابی شد.

    کلیدواژگان: مدل پتانسیل، واکنش گیراندازی تابشی، عامل اخترفیزیکیS، شدت گذار الکتریکی
  • محمد قاسم نژند*، فرهاد خوئینی، الهام میرزایی صفحات 41-55
    در این مقاله، ما رسانش الکتریکی یک پل مولکولی متشکل از یک حلقه گرافاینی با فرمول شیمیایی C18H6 متصل به دو الکترود از جنس کومولن را با استفاده از مدل تنگ بست بررسی می کنیم. سپس رسانش آن را با سیستمی مشابه که در آن حلقه گرافاینی با مولکول بنزن با فرمول شیمیایی C6H6 جایگزین شده است، مورد مقایسه قرار می دهیم. برای این کار نخست مشخصات ساختاری حلقه های مورد بررسی را با استفاده از محاسبات نظریه تابعی چگالی به دست آورده و سپس با استفاده از روش تطابق ترازی پارامترهای تقریب تنگ بست یعنی انرژی جایگاهی و جهش را برای مولکول بنزن و حلقه گرافاینی به دست می آوریم. با استفاده از این پارامترها رسانش الکتریکی را برای دو مولکول بنزن و حلقه گرافاینی بررسی نموده و نتیجه می گیریم زمانی که این دو مولکول در موقعیت مشابه در بین دو الکترود کومولنی واقع شود، ویژگی الکتریکی یکسانی بروز می دهند ولی با این وجود در حلقه گرافاینی در مقایسه با حلقه بنزنی با انرژی کمتری می توان گذار فاز از فلز به نیم رسانا یا برعکس ایجاد کرد.
    کلیدواژگان: مدل مدل تنگ بست، گرافاین، بنزن، نظریه ی تابعی چگالی، کومولن
  • طه کوهرخی*، عبدالمجید ایزدپناه، سید جمال الدین حسینی خواه صفحات 57-68
    در این تحقیق، تکینگی پتانسیل های شکل ناوردای مرکزی که تکینگی ای از نوع وارون مجذوری  دارند، بررسی شده است. نشان داده شده است که در مکانیک کوآنتومی، به ازای  ، مسئله ویژه مقداری، خوش تعریف بوده و در نتیجه بیناب انرژی قابل تعیین است. در ناحیه گذار، به ازای  ، هر دو تابع موج باقاعده و بی قاعده انتگرال پذیر مجذوری و در نتیجه قابل قبول هستند، اما شرایط مرزی برای تعیین ویژه مقادیر و ویژه توابع، کافی نیستند و سازوکار از پیش تعیین شده ای برای انتخاب یک ترکیب خطی خاص از توابع موج وجود ندارد. به ازای ، ذره به تکینگی کشیده می شود و بنابراین، حالت پایه ای با انرژی متناهی وجود ندارد. همچنین با استفاده از مکانیک کوآنتومی ابرتقارنی نشان داده شده است که تکینگی پتانسیل وارون مجذوری، حاصل از تکینگی وارون فاصله در ابرپتانسیل  است. مکانیک کوآنتومی ابرتقارنی سازوکاری را ارائه می دهد که بدون هیچ قید اضافی، تابع موج کمتر تکین، انتخاب شده و به ازای  ، پتانسیل در ناحیه گذار قرار می گیرد.
    کلیدواژگان: تکینگی، پتانسیل های جفت ابرتقارنی، ابرپتانسیل، شکل ناوردایی، تقارن مرکزی
  • صبا احمدوند، شیرین نامجو*، مهسا گنجی، مهرداد دادستانی صفحات 69-81

    در این مطالعه ویژگی های ساختاری و ساختار نواری (x= 0, 0.25, 0.5, 0.75, 1) InSb1-xBix  با استفاده از نظریه تابعی چگالی و توسط کد کامپیوتری WIEN2K مورد بررسی قرار گرفته است. نتیجه های مربوط به محاسبه ویژگی های ساختاری نشان می دهد که ثابت شبکه به صورت تابعی از x، در سازگاری عالی با قانون خطی ویگارد قرار دارد. محاسبات مربوط به بررسی ساختار نواری با به کارگیری پتانسیل تبادلی-همبستگی mBJGGA نشان می دهد که InSb یک نیم رسانا با پهنای گاف کوچک است که ترتیب نواری عادی ای را در نقطه Γ نشان می دهد درحالی که InBi یک فلز است که دارای وارونگی نواری در نقطه Γ است. با اضافه شدن Bi به InSb و ایجاد آلیاژهای InSb0.75Bi0.25 و InSb0.25Bi0.75، نظم نواری عادی و گاف نواری در نقطه Γ از بین می رود و این منجر به گذار از نیم رسانا با پهنای گاف کم و نظم نواری عادی (InSb) به سمت نیم رسانای بدون گاف (InSb0.75Bi0.25) و فلز (InSb0.25Bi0.75) با ترتیب نواری وارون می شود. با جایگزین شدن نیمی از اتم های Sb توسط اتم های Bi در InSb و ایجاد آلیاژ InSb0.5Bi0.5، نه تنها در نقطه Γ نظم نواری وارون مشاهده می شود، بلکه در این نقطه یک گاف نواری نیز ایجاد می شود، بنابراین گذار از نیم رسانای معمولی به سمت نیم رسانای توپولوژی اتفاق می افتد.

    کلیدواژگان: نظریه تابعی چگالی، ترتیب نواری وارون، نیم رسانای توپولوژی، شکافتگی اسپین- مدار
|
  • Fatemeh Vahidian, Saeid Baghshahi * Pages 1-16

    In this study, a CIGS solar cell with a Mo/Cu(In0.7Ga0.3)Se2(CIGS)/CdS/ZnO/Al-doped ZnO (AZO) structure was simulated by Atlas silvaco-TCAD software. The photovoltaic characteristics of solar cells using CdS and ZnSe buffer layers were calculated and compared. Then, the photovoltaic characteristics were examined with different thicknesses of the ZnSe buffer layer. The 25 nm thickness was selected as the optimum thickness. After optimization of the ZnSe layer thickness, the photovoltaic characteristics of solar cells were evaluated by changing the conduction band offset (CBO). The highest CIGS solar cell conversion efficiency was obtained in the range from -0.5 eV to +0.5 eV for CBO. Finally, graphene was replaced with Al-doped ZnO (AZO) due to its high optical transparency, high carrier mobility, and proper mechanical properties. Graphene was used as a monolayer and multilayer as a transparent conductive oxide (TCO) layer. Simulations predicted the highest efficiency for solar cell structure based on Mo/CIGS/ZnSe/i-ZnO/monolayer graphene and the photovoltaic parameters were Jsc=38.64 mA/cm2, Voc=0.67 V, FF=79.33% and η=20.71%.

    Keywords: Silvaco, thin-film solar cell, CIGS, buffer layer, ZnSe, Graphene
  • Mahsa Khadem Sadigh * Pages 17-27
    Liquid crystals with high optical and electro-optical responses play an important role in optics and photonics. Therefore, providing a simple method to increase the optical behavior of liquid crystals under the influence of external fields can be considered one of the most challenging research areas. In this experimental work, the effects of temperature and right-handed chiral material with different weight percentages on the refractive indices and optical properties of E7 nematic liquid crystal under the influence of an external electric field were investigated. Despite the reduction of the Kerr constant with increasing the weight percentage of chiral dopants and temperature, the highest amount of optical response in the presence of the electric field was obtained for the nematic liquid crystal doped with 3% of right-handed material. In this case, the value of the Kerr constant is almost 2 times that of pure liquid crystal. This interesting result can be related to the order parameter changes caused by different molecular interactions. Thus, the results obtained in this research can be used as a simple method to increase the optical response of nematic liquid crystals in the presence of an external electric field.
    Keywords: Chiral, electric field, Kerr Constant, Liquid crystal, Refractive index, Temperature
  • AmirHooman Aranpour, Hassan Khalili *, Shahla Nahidinezhad, Masoumeh Dalvand Pages 29-40

    The study of the astrophysical S-factor is one of the methods of analyzing proton radiation capture reactions in the theoretical framework for low temperatures. In this research, we have numerically studied the proton radiative capture reaction by 17O using the Woods-Saxon potential model. First, the astrophysical S-factor reaction was calculated at low energies, and then the reaction rate of was obtained from the astrophysical S-factor. Also, in this study, the electrical quadrupole transition strength (B[E2]) for excited states 18F nucleus has been calculated. We found that B[E2] depends on the energy and spin of the excited states. The results corresponding to the astrophysical S-factor, reaction rate and transition strength at energy range of 200-500 keV were compared with experimental data and other theoretical models and were in good agreement. Also, the astrophysical S-factor at zero energy was calculated by the extrapolation method for (5/2)+ state and S(0)=4/8 keV b.

    Keywords: Potential model, Radiative capturing reaction, Astrophysical factor S, Electrical transition strength
  • Mohammad Qasemnazhand *, Farhad Khoeini, Elham Mirzaii Pages 41-55
    In this paper, we study the electrical conductance of a molecular bridge consisting of a graphyne ring with the chemical formula C18H6 connected to two cumulene electrodes using the tight-binding model. We then compare its conductance to a similar system in which the graphyne ring has been replaced by a benzene molecule. To do this, we first obtain the structural characteristics of the studied rings using density functional theory, and then use the method of matching levels, to obtain the tight-binding parameters, i.e., the on-site and hopping energies for the benzene and graphyne rings. Using these parameters, we study the electrical conductance for these two molecules, the benzene and the graphyne rings. We conclude that when these two molecules are in the same position between two cumulene electrodes, they exhibit the same electrical properties. However, in the graphyne ring, a phase transition from metal to semiconductor or vice versa can be created with less energy than in a benzene ring.
    Keywords: tight-binding model, Graphayne, Benzene, Density functional theory, Cumulene
  • Taha Koohrokhi *, Abdolmajid Izadpanah, Seyed Jamaledin Hosseinikhah Pages 57-68
    In this research, the singularity of the central shape-invariant potentials, which have a singularity of the inverse-square power , has been investigated. It has been shown that in quantum mechanics, for , the eigenvalue problem is well-defined and, as a result, the energy spectrum can be determined. In the transition region, for , both regular and irregular wave functions are square integrable and therefore acceptable, but the boundary conditions for determining the eigenvalues and eigenfunctions are not sufficient and there is no a specific predetermined mechanism for choosing a linear combination of wave functions. For , the particle is drawn to the singularity, and therefore, there is no any ground state with finite energy. It has also been shown using supersymmetric quantum mechanics that the inverse-square potential is the result of the singular inverse superpotential . Supersymmetric quantum mechanics provides a mechanism that, without any additional constraints, the less singular wave function is chosen and the potential is placed in the transition region for .
    Keywords: Singularity, Supersymmetric Partner Potentials, Superpotential, Shape-Invariance, Central Symmetry
  • Saba Ahmadvand, Shirin Namjoo *, Mahsa Ganji, Mehrdad Dadsetani Pages 69-81

    In this study, the structural properties and electronic band structure of InSb1-xBix (x=0, 0.25, 0.5, 0.75, 1) alloys are investigated using density functional theory utilizing the WIEN2K package. The results related to the structural properties showed that the lattice constant, as a function of x, is in excellent agreement with Vegard's linear rule. Calculations involving the investigation of the band structure using the mBJGGA exchange-correlation potential reveal that InSb is a semiconductor with a small gap , exhibiting a normal band order at the Γ point while InBi is a metal that exhibits a band inversion at the Γ point. By adding Bi to InSb and forming InSb0.75Bi0.25 and InSb0.25Bi0.75 alloys, the normal band order and the gap at the Γ point disappear. This leads to a transition from a narrow band gap semiconductor with normal band order (InSb) to a gapless semiconductor (InSb0.75Bi0.25) and a metal (InSb0.25Bi0.75) with an inverted band order. By replacing half of the Sb atoms with Bi atoms in InSb and creating the InSb0.5Bi0.5 alloy, not only is an inverted band order observed at the Γ point but a band gap is also created and a transition from a conventional semiconductor to a topological semiconductor occurs.

    Keywords: Density functional theory, Inverted band order, Topological semiconductor, Spin- Orbit splitting