بررسي پلاريتون‌هاي سطحي در يك محيط پاشنده نيمه بي‌نهايت متشكل از متامواد هايپربوليك حاوي لايه‌هاي گرافن

Investigation of surface polaritons of a semi-infinite dispersive medium made of graphene-based maltilayes

در اين مقاله به مطالعه پلاريتون‌هاي سطحي در مرز بين يك محيط پاشنده نيمه بي‌نهايت از جنس متامواد هايپربوليك با هوا پرداخته شده است. متامواد مورد بررسي، يك ساختار لايه اي يك بعدي متشكل از لايه هاي دي الكتريك – گرافن در نظر گرفته شده است كه خواص پاشندگي آن درگستره‌ خاصي از ناحيه فركانسي THz بصورت هايپربوليك مي‌باشد. اين خاصيت امكان تحريك امواج سطحي با قطبش TM را در اين ساختار فراهم مي‌كند. نتايج بدست آمده نشان مي‌دهد كه پاشندگي و فركانس پلاريتون‌هاي سطحي ايجاد شده وابسته به پتانسيل شيميايي لايه‌هاي گرافن است. همچنين با رسم پروفايل ميدان مغناطيسي، جايگزيدگي پلاريتون‌هاي سطحي در مرز دو محيط نمايش داده شده است. با توجه به پروفايل‌هاي رسم شده مشاهده مي‌شود كه ميزان جايگزيدگي اين امواج با افزايش پتانسيل شيميايي گرافن افزايش مي‌يابد. امواج سطحي كاربردهاي زيادي در زمينه‌هاي اپتيك غيرخطي، حسگرها و مطالعه سطوح دارند.

In this paper, we have studied the surface polaritons at the interface of a semi-infinite hyperbolic metamaterial and air. The investigated metamaterial is a one-dimensional multilayer structure made of graphene and dielectric layers. In a certain THz frequencies, dispersion properties of this medium is hyperbolic. So, the excitation of TM-polarized surface polaritons is possible in the structure. The results show that the dispersion and frequency of polaritons depend on the chemical potential of the graphene sheets. Also, the localization of the waves at the interface is shown by plotting their magnetic field profiles. The profiles represent that the strength of the localization is increasing by the increase of the chemical potential. Surface polaritons have many applications in nonlinear optics, sensors and surface studies.