Розсіяння плоских електромагнітних хвиль на вуглецевій нанотрубці

Автор(и)

  • Василь Іванович Канєвський Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України Вул. Генерала Наумова, 17, Київ, Україна, 03164, Україна
  • Віктор Михайлович Розенбаум Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України Вул. Генерала Наумова, 17, Київ, Україна, 03164, Україна
  • Наталія Григорівна Шкода Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України Вул. Генерала Наумова, 17, Київ, Україна, 03164, Україна

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2013.14506

Ключові слова:

Переріз розсіяння, вуглецеві нанотрубки, тензор діелектричної проникності, оптичний діапазон

Анотація

Представлено огляд методів отримання тензора діелектричної  проникності багатошарової вуглецевої нанотрубки (БШВНТ) і використання скінченно-елементного підходу для розрахунку розсіяння плоских електромагнітних хвиль  на БШВНТ в оптичному діапазоні. Приведено результати  розрахунку розсіяння плоских електромагнітних хвиль на одній БШВНТ  для паралельно і нормально поляризованих векторів електричних полів падаючої хвилі відносно осі БШВНТ

Біографії авторів

Василь Іванович Канєвський, Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України Вул. Генерала Наумова, 17, Київ, Україна, 03164

Кандидат технічних наук

Віктор Михайлович Розенбаум, Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України Вул. Генерала Наумова, 17, Київ, Україна, 03164

Доктор фізико-математичних наук

Наталія Григорівна Шкода, Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України Вул. Генерала Наумова, 17, Київ, Україна, 03164

Кандидат фізико-математичних наук, науковий співробітник

Посилання

  1. Iijima, S. Helical microtubules of graphitic carbon [Текст] // Nature. – 1991. – V. 354. – P. 56-58.
  2. Treacy, M. Experimentally high Young’s modulus observed for individual carbon nanotubes [Текст] / M. Treacy, T.W. Ebbesen, J.M. Gibson // Nature. – 1996. – V. 381. – P. 678-680.
  3. Zhang, J. Stationary scanning X-ray source based on carbon nanotube field emitters [Текст] / J. Zhang, G. Yang, Y. Cheng // Appl. Phys. Lett. – 2005. – V. 86. – P. 376-379.
  4. LeMieux, M. C. Self-Sorted, Aligned Nanotube Networks for Thin-Film Transistors [Текст] / M.C. LeMieux, M. Roberts, S. Barman, Y.W. Jin, J.M. Kim, Z. Bao // Science. – 2008. – V. 321. – P. 101-104.
  5. Nikolic, B.K. First-principles quantum transport modeling of thermoelectricity in single-molecule nanojunctions with graphene nanoribbon electrodes [Текст] / B.K. Nikolic, K.K. Saha, T. Markussen // J. Comput. Electron. – 2012. – V. 11. – P. 78 92.
  6. Ying, L. Properties of carbon nanotube optical antennae [Текст] / L. Ying, Z. Baoqing // International Journal of Infrared and millimeter Waves. – 2008. – V. 29. – P. 990-996.
  7. Murmu, T. Vibration response of double-walled carbon nanotubes subjected to an externally applied longitudinal magnetic field: A nonlocal elasticity approach [Текст] / T. Murmu, M.A. McCarth, S. Adhikari // J. Sound and Vibration. – 2012. – V. 331. – P. 5069-5086.
  8. Sun, Z., L Band Ultrafast Fiber Laser Mode Locked by Carbon Nanotubes [Текст] / Z. Sun, A.G. Rozhin, F. Wang, A.C. Ferrari // Appl. Phys. Lett. 2008. – V. 93. P. 061114-061115.
  9. Itkis, M.E. Bolometric Infrared Photo-response of Suspended Single-Wall Carbon Nanotube Films [Текст] / M.E. Itkis, F. Borondics, A. Yu, R.C. Haddon // Science. – 2006. – V. 312. – P. 413-416.
  10. Lopez, C. Materials Aspects of Photonic Crystals [Текст] / C. Lopez // Adv. Mater. – 2003. – V. 15. – P. 1679-1704.
  11. John, S. Strong Localization of Photons in Certain Disordered Di-electric Superlattices [Текст] / S. John // Phys. Rev. Lett. – 1987. – V. 58. – P. 2486-2489.
  12. Johnsosn, G.S. Modeling the Flow of Light [Текст] / G.S. Johnsosn, A. Mekis, S.H. Fan, J.D. Joannopoulos // Comput. Sci. Eng. – 2001. – V. 3. – P. 38-47.
  13. Luo, C., All-angle Negative Refraction without Negative Effective Index [Текст] / C. Luo, S.G. Johnson, J.D. Joannopoulos, J.B. Pendry // Phys. Rev. B. – 2002. – V. 65. – P. 201104-201114.
  14. Soukoulis, C.M. Negative Refractive Index at Optical Wavelengths [Текст] / C.M. Soukoulis, S. Linden, M. Wegener // Science. – 2007. – V. 315. – P. 47-49.
  15. Ishau, A. Tuning the optical properties of multiwall carbon nanotube thin films by ion beams irradiation [Текст] / A. Ishau, L. Yan, G. Husnain, Lu Bo, A. Khalid // ACS Nano. – 2011. – V. 6. – P. 357-365.
  16. Vang, Zu-Po. Experimental Observation of an Extremely Dark Material Made By a Low-Density Nanotube Array [Текст] / Vang Zu-Po, L. Ci, J. Bur, Lin Shawn-Yu , P.M. Ajaean // Nano Lett. – 2008. – V. 8. – P. 446-451.
  17. Guo, G. Linear and Nonlinear Optical Properties of Carbon Nanotubes from First-Principals Calculations [Текст] / G. Guo, K. Chu, D.S. Wang, S.G. Duan // Phys. Rev. B. – 2004. – V. 69. – P. 205416-205429.
  18. Partoens, B. From Graphene to Graphite: Electronic Structure around the K Point [Текст] / B. Partoens, F.M. Peeters // Phys. Rev. B. –2004. – V. 74. – P. 205416-205429.
  19. Wooten, F. Optical properties of solids [Текст] / F. Wooten. – New York: Academic Press:, 1972. – 260 p.
  20. Markovic, M.I. Determination of the reflections of laser light of wave-lengths from the surface of aluminum using the Drude-Lorentz model [Текст] / M.I. Markovic, D. Rackis // Appl. Opt. – 1990. – V.29. – P. 3479-3483.
  21. Markovic, M.I. Determination of optical properties of aluminum in-cluding electron reradiation in the Lorentz-Drude Model [Текст] / M.I. Markovic, D. Rackis // Opt. Laser Technol. – 1990. – V.22. – P. 394-398.
  22. Kim, C.C. Modeling the optical dielectric function of semiconductors: Extension of the critical-point parabolic-band approximation [Текст] / C.C. Kim, J.W. Garland, H. Abad, P.M. Raccah // Phys Rev. B. – 1992. – V.45. – P.11749-11767.
  23. Lidorakis, E. Photonics with multiwall carbon nanotube arrays [Текст] / E. Lidorakis, A.C. Ferrari // ACS Nano. – 2009. – V. 3. – P. 1238-1248.
  24. Djurisic, A.B. Optical properties of graphite [Текст] / A.B. Djurisic, E.H. Li // J. Appl. Phys. – 1999. – V.85. – P. 7404-7410.
  25. Djurisic, A.B. Modeling the optical constants of solids using accep-tance-probability-controlled simulated annealing with an adaptive move generation procedure [Текст] / A.B. Djurisic, A.D. Rakic, J.M. Elazar // Phys. Rev. E. – 1997. – V. 55. – P. 4797-4803.
  26. Johnson, L.G. Optical properties of Graphite [Текст] / L.G. Johnson, G. Dresselhaus // Phys. Rev. B. – 1973. – V. 7. – P. 2275-2285.
  27. Ahuja, R. Optical properties of graphite from first-principles calcu-lations [Текст] / R. Ahuja, S. Auluck, J.M. Wills, M. Alouani, B. Johansson // Phys. Rev. B. – 1997 .– V. 55. – P. 4999-5005
  28. Painter, G.S. Electronic band Structure and optical properties of graphite from a variational approach [Текст] / G.S. Painter, D.E. Ellis // Phys. Rev. B. – 1970. – V. 1. – P. 4747-4752.
  29. Greenaway, D.L. Anisotropy of optical constants and the band structure graphite [Текст] / D.L. Greenaway, G. Harbeke // Phys. Rev. – 1969. – V. 178. – P. 1340-1348.
  30. Willis, R.F. Secondary-electron emission spectroscopy and obser-vation of high-energy excited states in graphite: theory and experiment [Текст] / R.F. Willis, B. Fitton // Phys. Rev. B. – 1999. – V. 9. – P. 1926-1937.
  31. Ellis, D.E. Discrete variational method for the energy-band problem with general crystal potentials [Текст] / D.E. Ellis G.S. Painter // Phys. Rev. B. – 1970. – V. 2. – P. 2887-2898.
  32. Stephan, O. Discretic response of isolated carbon nanotubes investigated by spatially resolved electron energy-loss spectroscopy: From multi-walled to single-walled nanotubes [Текст] / O. Stephan, D. Taverna, M. Kociak, K. Suenaga, L. Henrard, C. Colliex // Phys. Rev. B. – 2002. – V. 66. – P. 155422-155433.
  33. Garcia-Vidal, F.J. Effective medium theory of the optical properties of aligned carbon nanotubes [Текст] / F.J. Garcia-Vidal, J.M. Pitarke, J.B. Pendry // Phys. Rev. Lett. – 1997. – V. 78. – P. 4289-4292.
  34. Lu, W. Optical properties of aligned carbon nanotube systems stud-ied by effective-medium approximation method [Текст] / W. Lu, J. Dong., Li Zhen-Ya // Phys. Rev. B. – 2000. – V. 63. – P.033401-033404.
  35. Tanaka, K. The Science and Technology of Carbon Nanotubes [Текст] / K. Tanaka, T. Yamabe, K. Fukui. – New York: Elsevier, 1999. – 199 p.
  36. Baylis, A. Boundary Conditions for the Numerical Solutions of Elliptic Equations in Exterior regions [Текст] / A. Baylis, M. Gunzburger, M. Turkel // SIAM J. Appl. Math. – 1980. – V. 1. – P. 371-385.
  37. Матвеев, А.Н. Оптика [Текст] / А.Н. Матвеев.. – Москва: Высш. шк., 1985. – 342 с.
  38. Volakis, J.L. Finite Element Method for Electromagnetics [Текст] / J.L Volakis, A. Cbatterjee, L.C. Kempel. – IEEE Press, 1998. – 344 p.
  39. Jin, J. The Finite Element Method in Electromagnetics. Second Edition [Текст] / J. Jin. – New York: Willey, 2002. – 753 p.
  40. Chew, W.C. A 3D perfectly matched medium from modified Maxwell’s equations with stretched coordinates [Текст] / W.C. Chew, W.C. Weedon // Microwave Opt. Tech. Lett. – 1994. – V. 7. – P. 599-604.
  41. Sacks, Z.S. A perfectly matched anisotropic absorber for use as an absorbing boundary condition [Текст] / Z.S. Sacks, D.M. Kingsland, R. Lee, J.F. Lee // IEEE Trans. Antennas Propagat. – 1995. – V. 43. – P. 1460-1463.
  42. Iijima, S. (1991). Helical microtubules of graphitic carbon. Nature, 354, 56-58.
  43. Treacy, M., Ebbesen, T.W., Gibson, J.M. (1996). Experimentally high Young’s modulus observed for individual carbon nanotubes. Nature, 381, 678 680.
  44. Zhang, J., Yang, G., Cheng, Y. (2005). Stationary scanning X-ray source based on carbon nanotube field emitters. Appl. Phys. Lett., 86, 376-379.
  45. LeMieux, M. C., Roberts, M., Barman, S., Jin, Y.W., Kim, J.M., Bao, Z. (2008). Self-Sorted, Aligned Nanotube Networks for Thin-Film Transistors. Science, 321, 101-104.
  46. Nikolic, B.K., Saha, K.K., Markussen, T. (2012). First-principles quantum transport modeling of thermoelectricity in single-molecule nanojunctions with graphene nanoribbon electrodes. J. Comput. Electron, 11, 78-92.
  47. Ying, L., Baoqing, Z. (2008). Properties of carbon nanotube optical antennae. International Journal of Infrared and millimeter Waves,. 29, 990-996.
  48. Murmu, T., McCarth, M.A., Adhikari, S. (2012). Vibration response of double-walled carbon nanotubes subjected to an externally applied longitudinal magnetic field: A nonlocal elasticity approach. J. Sound and Vibration, 331, 5069-5086.
  49. Sun, Z., Rozhin, A.G., Wang, F., Ferrari, A.C. (2008). L Band Ultrafast Fiber Laser Mode Locked by Carbon Nanotubes. Appl. Phys. Lett., 93, 061114-061115.
  50. Itkis, M.E., Borondics, F., Yu, A., Haddon, R.C. (2006). Bolometric Infrared Photo-response of Suspended Single-Wall Carbon Nanotube Films. Science, 312, 413-416.
  51. Lopez, C. (2003). Materials Aspects of Photonic Crystals. Adv. Mater., 15, 1679-1704.
  52. John, S. (1987). Strong Localization of Photons in Certain Disordered Dielectric Superlattices. Phys. Rev. Lett., 58, 2486-2489.
  53. Johnsosn, G.S., Mekis, A., Fan, S.H. Joannopoulos, J.D. (2001). Modeling the Flow of Light. Comput. Sci. Eng., 3, 38-47.
  54. Luo, C., Johnson, S.G., Joannopoulos, J.D., Pendry, J.B. (2002). All-angle Negative Refraction without Negative Effective Index. Phys. Rev. B., 65, 201104-201114.
  55. Soukoulis, C.M., Linden, S., Wegener, M. (2007). Negative Refractive Index at Optical Wavelengths. Science, 315, 47-49.
  56. Ishau, A., Yan, L., Husnain, G., Lu Bo, Khalid, A. (2011). Tuning the optical properties of multiwall carbon nanotube thin films by ion beams ir-radiation. ACS Nano, 6, 357-365.
  57. Vang, Zu-Po, Ci, L., Bur, J.A., Lin, S.Y., Ajaean, P.M. (2008). Experimental Observation of an Extremely Dark Material Made By a Low-Density Nanotube Array. Nano Lett., 8, 446-451.
  58. Guo, G., Chu, K., Wang, D.S., Duan ,S.G. (2004). Linear and Nonlinear Optical Properties of Carbon Nanotubes from First-Principals Calcula-tions. Phys. Rev. B., 69, 205416-205429.
  59. Partoens, B., Peeters, F.M. (2004). From Graphene to Graphite: Electronic Structure around the K Point. Phys. Rev. B., 74, 205416-205429.
  60. Wooten, F. (1972). Optical properties of solids. New York: Academic Press, 260.
  61. Markovic, M.I., Rackis, D. (1990). Determination of the reflections of laser light of wavelengths from the surface of aluminum using the Drude-Lorentz model. Appl. Opt.,29, 3479-3483.
  62. Markovic, M.I., Rackis, D. (1990). Determination of optical proper-ties of aluminum including electron reradiation in the Lorentz-Drude Model. Opt. Laser Technol., 22, 394-398.
  63. Kim, C.C., Garland, J.W, Abad, H., Raccah, P.M. (1992). Modeling the optical dielectric function of semiconductors: Extension of the critical-point parabolic-band approximation. Phys Rev. B., 45, 11749-11767.
  64. Lidorakis, E., Ferrari, A.C. (2009). Photonics with multiwall carbon nanotube arrays. ACS Nano, 3, 1238-1248.
  65. Djurisic, A.B., Li, E.H. (1999). Optical properties of graphite. J. Appl. Phys., 85, 7404-7410.
  66. Djurisic, A.B., Rakic, A.D., Elazar, J.M. (1997). Modeling the optical constants of solids using acceptance-probability-controlled simulated annealing with an adaptive move generation procedure. Phys. Rev. E., 55, 4797-4803.
  67. Johnson, L.G., Dresselhaus, G. (1973). Optical properties of Graphite. Phys. Rev. B., 7, 2275-2285.
  68. Ahuja, R., Auluck, S., Wills, J.M., Alouani, M., Johansson, B., Eriksson, O. (1997). Optical properties of graphite from first-principles calculations. Phys. Rev. B., 55, 4999-5005.
  69. Painter,G.S., Ellis, D.E. (1970). Electronic band Structure and optical properties of graphite from a variational approach. Phys. Rev. B., 1, 4747-4752.
  70. Greenaway, D.L, Harbeke, G. (1969). Anisotropy of optical con-stants and the band structure graphite. Phys. Rev., 178, 1340-1348.
  71. Willis, R.F., Fitton, B. (1999). Secondary-electron emission spec-troscopy and observation of high-energy excited states in graphite: theory and experiment. Phys. Rev. B., 9, 1926-1937.
  72. Ellis, D.E. Painter, G.S. (1970). Discrete variational method for the energy-band problem with general crystal potentials. Phys. Rev. B., 2, 2887-2898.
  73. Stephan, O., Taverna, D., Kociak, M., Suenaga, K., Henrard, L., Colliex, C. (2002). Discretic response of isolated carbon nanotubes investigated by spatially resolved electron energy-loss spectroscopy: From multi-walled to single-walled nanotubes. Phys. Rev. B., 66, 155422-155433.
  74. Garcia-Vidal, F.J., Pitarke, J.M., Pendry, J.B. (1997). Effective medium theory of the optical properties of aligned carbon nanotubes. Phys. Rev. Lett., 78, 4289-4292.
  75. Lu, W., Dong, J., Li, Z.Y. (2000). Optical properties of aligned carbon nanotube systems studied by effective-medium approximation method. Phys. Rev. B., 63, 033401-033404.
  76. Tanaka, K., Yamabe, T., Fukui, K. (1999). The Science and Technology of Carbon Nanotubes. New York: Elsevier, 199.
  77. Baylis, A., Gunzburger, M., Turkel, M. (1980). Boundary Conditions for the Numerical Solutions of Elliptic Equations in Exterior regions. SIAM J. Appl. Math., 1, 371-385.
  78. Matveev, A.N. (1985). Optics. Moscow, USSR: Vysshaia Shkola, 342.
  79. Volakis, J.L., Cbatterjee, A., Kempel, L.C. (1998). Finite Element Method for Electromagnetics. IEEE Press, 344.
  80. Jin, J. (2002). The Finite Element Method in Electromagnetics. Second Edition. New York: Willey, 753.
  81. Chew, W.C., Weedon, W.C. (1994). A 3D perfectly matched medium from modified Maxwell’s equations with stretched coordinates. Micro-wave Opt. Tech. Lett., 7, 599-604.
  82. Sacks, Z.S., Kingsland, D.M., Lee, R., Lee, J.F. (1995). A perfectly matched anisotropic absorber for use as an absorbing boundary condition. IEEE Trans. Antennas Propagat, 43, 1460-1463.

##submission.downloads##

Опубліковано

2013-06-20

Як цитувати

Канєвський, В. І., Розенбаум, В. М., & Шкода, Н. Г. (2013). Розсіяння плоских електромагнітних хвиль на вуглецевій нанотрубці. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(5(63), 38–46. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2013.14506

Номер

Том 3 № 5(63) (2013): Прикладна фізика та матеріалознавство

Розділ

Прикладна фізика

Ліцензія

Авторське право (c) 2014 Василь Іванович Канєвський, Віктор Михайлович Розенбаум, Наталія Григорівна Шкода

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.