روشهای عددی در مهندسی

روشهای عددی در مهندسی

بررسی ضخامت بهینه به روش اجزای محدود (FEM) در نانوآرایه‌های مگنتوپلاسمونیک پرم‌الوی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 اصفهان، دانشگاه صنعتی اصفهان، دانشکده مهندسی مواد
2 اصفهان، دانشگاه صنعتی اصفهان، دانشکده فیزیک
چکیده
نانوآرایه‌های پرم‌الوی (Ni₈₀Fe₂₀)به دلیل پاسخ‌های قوی مگنتواپتیکی، بسترهای نویدبخشی برای کاربردهای مگنتوپلاسمونیک به‌شمار می‌روند. در این پژوهش، یک ساختار چندلایه شامل نانوآرایه‌های (Ni₈₀Fe₂₀) بر روی لایه‌ای از پلی‌متیل‌متاکریلات (PMMA)و زیرلایه شیشه‌ای، به‌صورت عددی و با استفاده از روش المان محدود بر پایه حل کامل معادلات ماکسول بررسی شد. طیف‌های بازتاب، توزیع میدان‌های الکتریکی و کمیت‌ چرخش اثر کِر مگنتواپتیکی با اعمال میدان‌ مغناطیسی خارجی در حدود 0 تا 40 میلی‌تسلا و در ضخامت 26، 36 و 46 نانومتر مورد بررسی قرار گرفته اند. نتایج نشان می‌دهد که بازتابش سطح اثرات پلاسمونیک سطحی و شبکه‌ای مسئول ایجاد کمینه و بیشینه می‌باشند. این اثرات مستقیماً متأثر از اندازه میدان نزدیک محاسبه شده می‌باشد. این درحالی است که نتایج اثر کِر محاسبه شده منطبق با مقادیر میدان نزدیک نیست. بررسی‌های تحلیلی نشان می‌دهد که اثر کِر علاوه بر اندازه میدان نزدیک مؤلفه‌های x و y، متأثر از اختلاف فاز بین این دو مؤلفه هم می‌باشد. اثر کِر در ضخامت‌های کمتر توسط اثر پلاسمون سطحی کنترل می‌شود و در ضخامت‌های بیشتر از یک طرف تلفات اهمی و جذب بالا سبب تضعیف اثرات پلاسمونیک می‌شود و از طرف دیگر به دلیل افزایش ضخامت لایه‌های فرومغناطیس اثرات مغناطیسی تقویت می‌شود. افزایش ضخامت، مکان بیشینه ناشی از پلاسمون سطحی و اثرات شبکه‌ای را در نمودار بازتابش تغییر جزئی می‌دهد. این در حالی است که با بررسی اثر کِر مشاهده می‌شود که با افزایش ضخامت، بیشینه به سمت طول موج آبی بطور مشخص تغییر مکان می‌دهد، بدین معنی که اثر کِر می‌تواند حسگرهایی با حساسیت بالا منجر شود.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Investigation of the optimal thickness using the finite element method (FEM) in permalloy magnetoplasmonic nanoarrays

نویسندگان English

Akram Poursharif 1
Masih Bagheri 2
Peyman Sahebsara 2
1 Department of Material Engineering Isfahan University of Technology
2 Department of Physics
چکیده English

Nickel–Iron (Ni₈₀Fe₂₀) nanoarrays, due to their strong magneto-optical responses, represent promising platforms for magneto-plasmonic applications. In this study, a multilayer structure comprising Ni–Fe nanoarrays on a polymethyl methacrylate (PMMA) layer, and a glass substrate was numerically investigated using the finite element method based on the full solution of the Maxwell's equations. Reflection spectra, electric field distributions, and Kerr magneto-optical effect quantities (rotation) were examined under external magnetic fields ranging from approximately 0 to 40 mT and for thicknesses of 26, 36 and 46 nm. The results indicate that in the reflection spectra analysis, surface and lattice plasmonic effects are responsible for the formation of minima and maxima. These effects are directly influenced by the calculated near-field magnitude. In contrast, the computed Kerr effect does not align with the near-field magnitude values. Analytical investigations reveal that beyond the near-field magnitude of the x and y components, the Kerr effect is also affected by the phase difference between these components. The Kerr effect is dominated by surface plasmon effects at lower thicknesses; at higher thicknesses, on one hand, high ohmic losses and absorption weaken the plasmonic effects, but it can also enhance magnetic peak intensity and shifts its position toward shorter wavelengths (blue-shift).
These findings provide deeper insight into the magnetic control of plasmonic resonances and offer effective guidance for designing magnetoplasmonic sensors and optoelectronic devices based on Ni–Fe nanoarrays.

کلیدواژه‌ها English

Maxwell's equations
reflectance diagram
Kerr effect
nanoarray
permalloy
ellipticity
phase difference

تحت نظارت وف بومی