лекции нанотех Горбунов / Лекция 2
.pdf
Отрицательный показатель преломления
В.А. Горбунов, Омск 2011 |
31 |
Материалы с отрицательным показателем преломления
• Материалы с отрицательным показателем преломления в диапазоне СВЧ радиоволн.
(Science 292 (2001) 77)
• «Среда» с отрицательным показателем преломления в оптическом диапазоне.
(Nature 455 (2008) 376)
В.А. Горбунов, Омск 2011 |
32 |
Фотонные кристаллы
|
В.А. Горбунов, Омск 2011 |
33 |
|
Фотонная зонная структура
•Движение электрона в кристалле с периодической решеткой.
2Ψ 2m2 (E U(r))Ψ 0
Уравнение Шрёдингера
•Движение фотона в среде с периодически изменяющимися свойствами.
|
ω2 |
|
|
2E ε(r) |
|
E 0 |
|
c2 |
|||
Волновое уравнение
В.А. Горбунов, Омск 2011 |
34 |
Механизм формирования электронной зонной структуры
E |
mv2 |
k2 |
(k |
p |
) |
|
|
|
|||||
2 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
- разрешённые зоны
- запрещённые зоны
Схема «приведенных» зон
•Электрон в периодическом потенциале может двигаться не с любой энергией – на зависимости энергии электронов от волнового вектора образуются «разрешенные» и «запрещенные» зоны.
В.А. Горбунов, Омск 2011 |
35 |
Механизм формирования фотонной зонной структуры
E ω k (т.к. ω 2πν, ν c , k 2π)
λ λ
•Фотоны с длиной волны, соответствующей запрещенной зоне, не могут распространятся в материале фотонного кристалла, которые в результате этого выглядят окрашенными при освещении белым светом.
В.А. Горбунов, Омск 2011 |
36 |
Фотонные кристаллы
|
В.А. Горбунов, Омск 2011 |
37 |
|
Магнитные свойства
•Приролитический графит имеет ярко выраженные диамагнитные свойства. Это проявляется в эффекте левитации, наблюдаемой при комнатной температуре в достаточно сильных магнитных полях.
•Диамагнитные свойства присущи всем веществам в отличие от ферромагнетизма, обусловленного наличием магнитного момента у атомов, составляющих вещество.
В.А. Горбунов, Омск 2011 |
38 |
Магнитные свойства
•Обрываются электронные связи атомов, расположенных на границах фрагмента графена определенной формы (треугольники, шестигранники и др.), что приводит к появлению магнитного момента из-за нескомпенсированного спина электронов.
•Наноразмерные фрагменты треугольной формы имеют отличный от нуля магнитный момент.
•Фрагменты графена гексагональной формы имеют нулевой магнитный момент со спинами, направленными в противоположные стороны на противоположных сторонах.
J. Fernández-Rossier, J.J. Palacios // Phys. Rev. Lett. 99 (2007) 177204.
В.А. Горбунов, Омск 2011 |
39 |
Заключение
В окружающем нас мире находится достаточно большое количество объектов природного происхождения, соответствующих принятым определениям для наноматериалов, наносистем, наноустройств и нанотехнологий. В практическом использовании имеются также объекты, созданные искусственным способом с использованием традиционных технологий, которые могут быть отнесены к наноматериалам, наносистемам и наноустройствам.
Физическое взаимодействие между материальными объектами, относящимися к наноматериалам, наносистемам и наноустройствам, в большинстве случаев имеет электромагнитную (электростатическую) природу.
Нано-объекты характеризуются большей величиной удельной поверхности.
Механика нанообъектов определяется близкодействующим взаимодействием Ван-дер- Ваальса.
Распространение электромагнитных волн (света) и взаимодействие с магнитным полем имеет в наноструктурированных материалах существенные отличия по сравнению с аналогичными характеристиками макроскопически однородных материальных сред.
Многие отличительные свойства наноматериалов могут быть описаны только с позиции квантовой механики.
В.А. Горбунов, Омск 2011 |
40 |