نانواپتیک و نانوفوتونیک
توصیف
در این درس ضمن مروری بر مفاهیم پایه ای الکترودینامیک
کلاسیک و آشنایی با تابع گرین دایادیک و طیف زاویهای، نانواپتیک با محوریت رفتار
موجی اپتیک در حوزۀ نانو، با تمرکز بیشتر بر رساناها (نانوپلاسمونیک) نسبت به
دیالکتریکها بررسی خواهد شد. در این راستا ضمن معرفی مدل Drude برای مدل کردن رساناها در حوالی فرکانس پلاسما، آشنایی با رفتار
دینامیک الکترونهای آزاد با معرفی پلاریتونهای پلاسمون سطحی (SPP)، نحوۀ تحریک
آنها، برهمکنش آنها در مرزها و پدیدۀ هیبریداسیون صورت خواهد گرفت.
سپس ضمن معرفی تئوری Mie جهت بدست آوردن
پراکنش ذرات زیرطول موجی و تقریب شبه ساکن (DA)، در سه بعد
خواص نوری شامل پراکنش، جذب و انهدام برای ذراتی در ابعاد نانو همانند نانوکره،
نانو کره گون و نانو بیضی گون بررسی خواهند شد. در ادامه نیز پاسخ نوری نانوذرات
فلزی، تشدید پلاسمون سطحی محلی (LSPR)، برهمکنش نوری نانوذرات فلزی با
پدیدۀ هیبریداسیون و بازتشعشع نانوذرات در مجاورت سطح مورد بررسی قرار خواهند
گرفت.
سپس نیروهای نوری شامل نیروی پراکنشی و نیروی گرادیانی، با
شروع از نیروی لورنتس و در ادامه معرفی تانسور استرس ماکسول MST بررسی شده و
دام نوری (O. Trap) و انبرک نوری (O. Tweezer) معرفی خواهند شد.
همانطور که از نام درس بر میآید، در ادامه با ورود به
نانوفوتونیک، از حوزه الکترودینامیک کلاسیک (دیدگاه موجی نور) خروج پیدا کرده و
ورود به حوزه الکترودینامیک کوآنتومی (دیدگاه ذرهای نور) با جایگزینی بررسی
فوتون ها به جای برهمکنش میدان های الکتریکی و مغناطیسی با انجام خواهد شد. در
این بخش ضمن معرفی معادله شرودینگر، بسته به ابعاد و درجه محدودیت ساختار از بالک
تا نقاط کوآنتومی، برهمکنش مواد نیمه رسانا با نور مورد بررسی قرار خواهد گرفت و
مقدمه ای نیز بر بلورهای فوتونی شرح داده خواهد شد.
در نهایت به روش های ساخت نانوذرات، ریزبینی این ساختارها
و اندازه گیری مشخصات آنها نیز اشاره خواهد شد.
عناوین مطالب و سرفصل ها
1. مقدمات، مفاهیم اساسی و اصول نظری
2. نانوپلاسمونیک
3. خواص نوری، اپتیک نانوذرات و
نانوساختارها
4. اندرکنش الکترومغناطیسی (میدان دور
و نزدیک) و نیروهای نوری
5. نانوادوات نوری و کریستال های
فوتونی در کاربردهای مختلف
6. روش های نظری و محاسبات عددی در
نانواپتیک و نانوفوتونیک
7. روش های ساخت نانو، ریزبینی و
اندازه گیری
منابع و مراجع:
1. L. Novonty and B. Heshet, Principles of Nano-optics,
Cambridge Univ. Press, 2006.
2. P. N. Parasad, Nanophotonics, John
Wiley & Sons, Inc., New Jersey, 2004.
3. C. F. Bohren and D. R. Huffman, Absorption
and Scattering of Light by Small Particles, John Wiley & Sons, Inc.,
1983.
4. S. A. Maier, Plasmonics: Fundamentals and
Applications, Springer, 2007.
5. M. L. Brongersma and P. G. Kik, Surface
Plasmon Nanophotonics, Edited, Springer, 2007.