تقویت جذب پهن باند نور در تک لایه های دی سلناید تنگستن به کمک ساختارهای پلاسمون سطحی

در طول دهه گذشته مواد دو بعدی مانند گرافن و دی­کالکوژن­های فلزات واسطه، به دلیل خواص الکتریکی و نوری قابل ملاحظه ای که دارند، توجه گسترده­ای را در نانو فوتونیک و اپتو الکترونیک به خود جذب کرده اند. برخلاف گرافن با گاف انرژی صفر، دی­کالکوژن­های فلزات واسطه، مانند دی سلناید تنگستن که در حالت حجیم گاف انرژی خیلی بزرگ و غیرمستقیم دارند، با کاهش ضخامت آنها به تک لایه، گاف­های نواری مستقیم در ناحیه مرئی و فروقرمز نزدیک دارند. با این حال به دلیل ضخامت اتمی ذاتی، این مواد با چالش شدیدی برای بر هم کنش بین نور و ماده مواجه می­شوند که منجر به جذب و گسیل نور ضعیف می­شود. برای مثال تک لایه­های دی سلناید تنگستن با ضخامت ۶۴۹/۰ نانومتر که گاف انرژی ۶۴/۱ الکترون ولت دارد، کمتر از ۱۰% نور فرودی را جذب می­کنند. بنابراین افزایش میزان جذب نور در تک لایه­های دی سلناید تنگستن و سایر دی­کالکوژن­های فلزات واسطه به مسئله مهمی برای کاربردهای عملی در دستگاه­های الکترونیکی و فوتونیکی تبدیل می شود. یک راه­حل برای رفع این مشکل می­تواند ترکیب این تک لایه­ها با ساختارهای پلاسمون سطحی باشد. در این مقاله به دنبال این هستیم که با طراحی یک سلول واحد نسبتا ساده، میزان جذب نور در ناحیه مرئی و فروقرمز نزدیک را به حالت پهن باند ارتقا دهیم. میانگین جذب جاذب پیشنهادی در بازه طول موجی ۶۰۰ تا ۸۵۰ نانومتر تقریبا برابر ۹۳ درصد به دست می­آید. لازم به ذکر است که شبیه سازی های موجود در این مقاله، به وسیله نرم افزار لومریکال  انجام شده است.این نرم افزار مبتنی بر گسسته­سازی معادلات ماکسول در حوزه زمان و مکان به کمک روش تفاضل محدود در حوزه زمان است.

کلیدواژه ها:

دی کالکوژن های فلزات واسطه ، تک لایه های دی سلناید تنگستن ، پلاسمون سطحی ، جذب پهن باند ، نرم افزار لومریکال