دانشکده مهندسی برق
دفاعیه دکتری

حسین عرب

 | تاریخ ارسال: 1400/7/25 | 
چکیده
یکی از جذاب­ترین و چالش­ برانگیزترین حوزه­های تحقیقاتی، توجه به توسعه­ی فناوری فوتونیک کوانتومی است. در همین راستا طراحی، ساخت و توسعه­ی منابع گسیلنده­ی تک­فوتونی از مهمترین اقداماتی است که در راستای تحقق مخابرات، محاسبات و پردازش اطلاعات کوانتومی مورد نیاز می­باشد. یکی از اساسی­ترین چالش­ها در این راستا، طراحی، شبیه­سازی و پیاده­سازی یک منبع تک­فوتون قطعی ایده­آل می­باشد که بتواند تک­فوتون­های با توزیع کوانتومی را متناسب با پنجره­های مخابراتی فضای آزاد (۸۰۰~ نانومتر) و یا پنجره­های انتقال در فیبر نوری (۱۳۳۰ – ۱۵۵۰ نانومتر) تولید نمایند. بدین منظور در سالیان اخیر، روش­های مختلفی برای تولید منابع تک­فوتون معرفی شده­اند. از بین روش­های معرفی شده، استفاده از نقاط کوانتومی گرافنی، یکی از جدیدترین روش­ها به منظور تولید منابع تک­فوتونی می­باشد که هر دو چالش عمل­کرد در دمای پایین و نیاز به تجهیزات پیشرفته و گران قیمت به منظور تحقق افزاره­های مبتنی بر نقاط کوانتومی نیمه­رسانا­های ترکیبی را برطرف خواهد نمود. از آن­جایی که نقاط کوانتومی گرافنی قادر به گسیل نور در محدوده­های مادون قرمز نزدیک نیستند و بنابراین نمی­توانند در کاربردهای مخابرات کوانتومی فضای آزاد مورد استفاده قرار گیرند، در این رساله تلاش می­شود تا اثر همزمان آلایش نقاط کوانتومی گرافنی با اتم­های سلنیوم و نیز عامل­دار کردن ساختار با گروه­های عاملی نیتروژن­دار به منظور بررسی تغییرات در طیف نشری ساختار مورد بررسی قرار گیرد. در این راستا، در بخش شبیه­سازی با استفاده از نرم­افزار شبیه­سازی اتمی گوسین، در ابتدا ساختار نقاط کوانتومی طراحی می­شود و انرژی حالت پایه­ی کل سامانه محاسبه شده و فاصله­ی بین ترازهای انرژی غالب سامانه به دست می­آید. در ادامه با محاسبات وابسته به زمان نظریه تابعیت چگالی، طیف نشری ساختارها به دست آمده است. با توجه به نتایج به دست آمده از شبیه­سازی­های اتمی، برای نقطه­ی کوانتومی گرافنی، طول موج نشری ۴۸۴.۸ نانومتری به دست آمده است که با دقت بسیار بالایی با نتایج حاصل از سنتز این ساختارها، مطابقت دارد. استفاده از آلایش و عامل­دار کردن ساختار خالص به صورت همزمان با اتم­های سلنیوم و گروه­های عاملی نیتروژن­دار، طیف نشری سامانه را به سمت طول موج­های مادون­قرمز نزدیک تا ۷۶۰ نانومتر، جابجا می­کند و ساختار را قادر می­سازد تا در طول­ موج­های متناسب با کاربردهای مخابراتی نیز عمل نماید. در بخش سنتز تجربی نیز هر سه ساختار معرفی­شده در بخش شبیه­سازی با روش­های شیمیایی سنتز شده و تاثیر تغییر پارامترهای ورودی در نتایج طیف نشری ساختار آلایش شده نیز بررسی می­­شود. سنتز هر سه ساختار سنتز شده مورد صحت­سنجی قرار گرفته و نتایج طیف نشری آن­ها گسیل­هایی با طول موج­های به ترتیب ۴۹۶ نانومتری، ۵۱۵ – ۵۴۷ نانومتری و ۷۶۱ – ۷۸۷ نانومتری را برای این سه ساختار نشان می­دهد که تطابق بالای نتایج به دست آمده را با نتایج بخش شبیه­سازی نشان می­دهند. همچنین با انجام آزمایشات تک­فوتونی، خلوص تک­فوتونی بسیار بالا با مقدار تابع همبستگی مرتبه­ی دوم کمتر از ۰.۰۵  برای نقاط کواتومی سنتز شده به دست می­آید و بازدهی تک­فوتونی ۴۲% ، ساختار آلایش­شده و عامل­دار شده را به عنوان بستری بسیار مناسب برای کاربردهای مخابرات و پردازش اطلاعات کوانتومی معرفی می­کند.
دفعات مشاهده: 2027 بار   |   دفعات چاپ: 587 بار   |   دفعات ارسال به دیگران: 0 بار   |   0 نظر