Προηγμένες τεχνικές μοντελοποίησης γραφενίου με εφαρμογές στην ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα

Abstract

The scope of the present doctoral thesis is the development of a numerical algorithm, based on the Finite-Difference Time-Domain (FDTD) that models accurately and efficiently graphene layers, independently of the electromagnetic bias fields and the frequency. The proposed schemes are validated through comprehensive comparisons in terms of the propagation of incident plane waves and highly confined, to graphene, surface waves. Moreover, the developed algorithms are employed to simulate complex structures, designed for advanced applications and special phenomena at the far-infrared regime. Finally, the propagating modes on graphene waveguiding systems are numerically extracted via a proposed finite element eigenanalysis of the Helmholtz equation, independently of the electromagnetic bias fields.

Το αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η ανάπτυξη αριθμητικών τεχνικών με σκοπό την ακριβή και αποδοτική μοντελοποίηση του γραφενίου, ανεξάρτητα από το εφαρμοζόμενο πεδίο πόλωσης και τη συχνότητα, όπου η έλλειψη ενός γενικευμένου και αξιόπιστου μοντέλου είναι φανερή. Αφού επαληθευτεί με επιτυχία η ορθότητα των προτεινόμενων αλγορίθμων, μέσω σύγκρισης με αναλυτικές λύσεις, σχεδιάζονται προηγμένες διατάξεις, έτσι ώστε να μελετηθούν αξιοσημείωτα φαινόμενα στην επιφάνεια του γραφενίου και να προταθούν συσκευές για το παρθένο φάσμα των μακρινών υπέρυθρων συχνοτήτων. Επιπρόσθετα, εξάγονται οι διαδιδόμενοι ρυθμοί σε κυματοδηγούς γραφενίου, μέσω αριθμητικής επίλυσης του προβλήματος ιδιοτιμών της εξίσωσης Helmholtz, στο πεδίο της συχνότητας, και πάλι ανεξάρτητα από το εφαρμοζόμενο πεδίο πόλωσης.