The impact of manufacturing inaccuracies on the filtration properties of Thue-Morse aperiodic superlattice systems

• Autorzy: Garus S. , Gruszka K. , Garus J. , Błoch K. , Nabiałek M. , Dośpiał M. , Szota M.

Warianty tytułu

PL

Wpływ niedokładności wytwarzania na właściwości filtracyjne aperiodycznych supersieci Thue-Morse’a

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the results of study of filtration properties of aperiodic multilayer systems constructed according to the Thue-Morse algorithm. The study consisted of electromagnetic wave propagation simulation in range of 300÷700 nm depending on the angle of incidence relative to the normal of superlattice's surface. First simulation of propagation for the ideal structure was performed in which the thickness of the individual layers were 150 nm, and then defects in the form of small variations in the thickness of the layer (in the range of ± 7%) were applied. The study revealed that the band gaps are highly correlated with the thicknesses of the individual layers, the type and arrangement of used material. With the increase in generation also increases the number of transmission bands, and their half-width decreases. Manufacture inaccuracies have small influence on the transmission maxima but strongly affect the interband spaces.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań właściwości filtracyjnych dla aperiodycznych układów wielowarstwowych zbudowanych zgodnie z algorytmem Thue-Morse’a. Badania polegały na symulacji propagacji fali elektromagnetycznej o długościach leżących w przedziale od 300÷700 nm w zależności od kąta padania względem normalnej do powierzchni badanej supersieci. Przeprowadzono symulację propagacji dla struktury idealnej, w której grubości poszczególnych warstw wynosiły 150 nm, a następnie wprowadzano defekty w postaci niewielkiej zmiany grubości warstw (w zakresie ±7%). Badania ujawniły, że przerwy pasmowe są silnie skorelowane z grubością poszczególnych warstw, typem użytego materiału oraz jego ułożeniem. Wraz ze wzrostem liczby generacji rośnie także liczba pasm transmisji, a ich szerokość połówkowa maleje. Niedokładności wytworzenia w niewielki sposób wpływają na maksima transmisji, ale silnie oddziałują na przestrzenie międzypasmowe.

Słowa kluczowe

EN

FDTD; aperiodic multilayers; Thue-Morse; metamaterials

PL

FDTD; Thue-Morse; metamateriały; aperiodyczne wielowarstwy

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 35, nr 2
• Strony: 117--120
• Opis fizyczny: Bibliogr. 49 poz., fig.

Twórcy

autor

Garus S.

• Wydział Inżynierii Procesowej, Materiałowej i Fizyki Stosowanej, Politechnika Częstochowska

autor

Gruszka K.

• Wydział Inżynierii Procesowej, Materiałowej i Fizyki Stosowanej, Politechnika Częstochowska

autor

Garus J.

• Wydział Inżynierii Procesowej, Materiałowej i Fizyki Stosowanej, Politechnika Częstochowska

autor

Błoch K.

• Wydział Inżynierii Procesowej, Materiałowej i Fizyki Stosowanej, Politechnika Częstochowska

autor

Nabiałek M.

• Wydział Inżynierii Procesowej, Materiałowej i Fizyki Stosowanej, Politechnika Częstochowska

autor

Dośpiał M.

• Wydział Inżynierii Procesowej, Materiałowej i Fizyki Stosowanej, Politechnika Częstochowska

autor

Szota M.

• Wydział Inżynierii Procesowej, Materiałowej i Fizyki Stosowanej, Politechnika Częstochowska

Bibliografia

• 1] Born M., Wolf E.: Principles of optics. Pergamon Press, London (1968).
• [2] Yeh P.: Optical waves in layered media. John Wiley & Sons, New York (1988).
• [3] Briechowski L. M.: Wołny w słoistych sriedach. Nauka, Moskwa (1973).
• [4] Yariv A., Yeh P.: Optical waves in crystals. Propagation and Control of Laser Radiation. John Wiley & Sons, New York (1984).
• [5] Rostami A., Matloub S.: Exactly solvable inhomogeneous Fibonacciclass quasi-periodic structures (optical filtering). Opt. Comm. 247 (2005) 247÷256.
• [6] John S.: Strong localization of photons in certain disordered dielectric superlattices. Phys. Rev. Lett. 58 (1987) 2486÷2489.
• [7] Yablonovitch E.: Inhibited spontaneous emission in solid-state physics and electronics. Phys. Rev. Lett. 58 (1987) 2059÷2062.
• [8] Yablonovitch E.: Kryształy fotoniczne, półprzewodniki światła. Świat Nauki 126 (2) (2002) 46÷53.
• [9] Joannopoulos J. D., Meade R. D., Winn J. N.: Photonic crystals. molding the flow of light. Princeton University Press, Singapore (1995).
• [10] Johnson S. G., Joannopoulos J. D.: Photonic crystals. the road from theory to practice. Kluwer Academic Publishers, Boston (2002).
• [11] Silicon Photonics, Ed.: D. J. Lockwood, L. Pavesi. Springer-Verlag, Heidelberg (2004), Applied Physics vol. 94.
• [12] Sakoda K.: Optical properties of photonic crystals. Springer-Verlag, Berlin (2001).
• [13] Bjarklev A., Broeng J., Bjarklev A. S.: Photonic crystal fibers. Kluwer Academic Publishers, Boston (2003).
• [14] Shechmtan D. S., Blench I., Gratias D., Cahn J. W.: Metallic phase with long-ranged orientational order and no translational symmetry. Phys. Rev. Lett. 53 (1984) 1951÷1953.
• [15] Levine D., Steinhardt P. J.: Quasicrystals: A new class of ordered structures. Phys. Rev. Lett. 53 (1984) 2477÷2480.
• [16] Levine D., Steinhardt P. J.: Quasicrystals. I. Definition and structure. Phys. Rev. B 34 (1986) 596÷616.
• [17] Steinhardt P. J., Ostlund S.: The physics of quasicrystals. World Scientific, Singapore (1987).
• [18] Guyot P., Krammer P., de Boissieu M.: Quasicrystals. Rep. Prog. Phys. 54 (1991) 1373÷1425.
• [19] Quasicrystals: The State of the art. Ed.: D. P. DiVincenzo, P. J. Steinhardt. World Scientific, Singapore (1991).
• [20] Poon S. J.: Electronic properties of quasicrystals. An experimental review. Adv. Phys. 41, 303 (1992).
• [21] Hu Ch., Wang R., Ding D.-H.: Symmetry groups, physical property tensors, elasticity and dislocations in quasicrystals. Rep. Prog. Phys. 63 (2002) 1÷39.
• [22] Esaki L., Tsu R.: Superlattice and negative differential conductivity in semiconductors. IBM J. Res. Develop. 14 (1970) 61÷65.
• [23] Wacker A.: Semiconductor superlattices: a model system for nonlinear transport. Phys. Rep. 357 (2002) 1÷111.
• [24] Gluck M., Kolovsky A. R., Korsch H. J.: Wannier-Stark resonances in optical and semiconductor superlattices. Phys. Rep. 366 (2002) 103÷182.
• [25] Albuquerque E. L., Cottam M. G.: Theory of elementary excitations in quasicrystals structures. Phys. Rep. 376 (2003) 225÷337.
• [26] Abe E., Yan Y., Pennycook S. J.: Quasicrystals as cluster aggregates. Nature Materials 3 (2004) 759÷767.
• [27] Zhou X., Hu Ch., Gong P., Qiu Sh.: Nonlinear elastic properties of decagonal quasicrystals. Phys. Rev. B (2004) 70 94202÷94206.
• [28] Veselago V. G.: Elektrodinamika veshchestv s odnovremeno otricatelnymi znacheniami ε i μ. Usp. Fiz. Nauk 92 (1968) 517÷529.
• [29] Smith D. R., Padilla W. J., Vier D. C., Nemat-Nasser S. C., Schultz S.: Composite medium with negative permeability and permittivity. Phys. Rev. Lett. 84 (2000) 4184÷4187.
• [30] Cubukcu E., Aydin K., Ozbay E., Foteinopoulou S., C. Soukoulis M.: Subwavelength resolution in a two-dimensional photonic-crystal-based superlens. Phys. Rev. Lett. 91 (2003) 207401.
• [31] Cubukcu E., Aydin K., Ozbay E., Foteinopoulou S., Soukoulis C. M.: Electromagnetic waves: Negative refraction by photonic crystals. Nature 423 (2003) 604÷605.
• [32] Bliokh K. Yu., Bliokh Yu. P.: What are the left-handed media and what is interesting about them. EBP arXiv:physics/0408135 (2004).
• [33] Markos P., Soukoulis C. M.: Left-handed Materials. EBP arXiv:condmat/0212136 (2002).
• [34] Pokrovsky A. L., Efros A. L.: Sign of refractive index and group velocity in left-handed media. Solid St. Comm. 124 (2002) 283÷287.
• [35] Krowne C. M., Zhang Y.: Physics of negative refraction and negative index materials. Springer (2007).
• [36] Ramakrishna S. A., Grzegorczyk T. M.: Physics and applications of negative refractive index materials. SPIE Press and CRC Press (2009).
• [37] Klauzer-Kruszyna A.: Propagacja światła spolaryzowanego w wybranych supersieciach aperiodycznych. Praca doktorska, Wrocław (2005).
• [38] Garus S., Duś-Sitek M., Zyzik E.: Wpływ domieszki żelaza na własności transmisyjne supersieci FexNi(1-x)/Cu. Nowe Technologie i Osiągnięcia w Metalurgii i Inżynierii Materiałowej. XII Międzynarodowa Konferencja Naukowa. Cz.2., Częstochowa (2011).
• [39] Garus S., Garus J., Gruszka K.: Emulacja propagacji fali elektromagnetycznej w supersieciach przy użyciu algorytmu FDTD = Emulation of electromagnetic wave propagation in superlattices using FDTD algorithm. New Technologies and Achievements in Metallurgy and Materials Engineering. A Collective Monograph Edited by Henryk Dyja, Anna Kawałek. Chapter 2., Wydawnictwo WIPMiFS Politechniki Częstochowskiej (2012) 768÷771.
• [40] Handbook of nanophase and nanostructured materials. Vol. 1, Synthesis, Ed.: Z. L. Wang, Y. Liu, Z. Zhang. Kluwer Academic/Plenum Publishers, New York (2003).
• [41] Nalwa H. S.: Nanostructured materials and nanotechnology. Academic Press, New York (2002).
• [42] Steurer W., Deloudi S.: Crystallography of Quasicrystals, Springer Series in Materials Science 126, Springer Verlag, Berlin (2009).
• [43] Axel F., Allouche J. P., Kleman M., Mendes-France M., Peyriere J.: Vibrational modes in a one dimensional "quasi-alloy": the morse case. J. Physique Coll. 47 C3 (19S6).
• [44] Riklund R., Severin M., Liu Y.: The Thue-Morse aperiodic crystal, a link between the fibonacci quasicrystal and the periodic crystal. Int. J. Mod. Phys. 1 (1987).
• [45] Cheng Z., Savit R., Merlin R.: Structure and electronic properties of Thue-Morse lattices. Phys. Rev. B37 (1988).
• [46] Axel F., Peyriere: Spectrum and extended states in a harmonic chain with controlled disorder: Effects of the Thue-Morse symmetry. J. Stat. Phys. 57 (1989).
• [47] Kolar M., Ali K., Nori F.: Generalized Thue-Morse chains and their physical properties. Phys. Rev. B43 (1991).
• [48] Zhong J. X., Yan J. R., You J. Q.: Electronic properties of the generalized Thue-Morse lattices: a dynamical-map approach. J. Phys. Condens. Matter 3 (1991).
• [49] Ryu C. S., Oh G. Y., Lee M. H.: Electronic properties of a tightbinding and a Kronig-Penney model of the Thue-Morse chain. Phys. Rev. B48 (1993).