طراحی ساختارهایی شامل تک‌لایه‌ی MoS2 با هدف کاهش جذب در ناحیه‌ی تراهرتز برای کاربری الکترود شفاف

نوع مقاله: مقاله پژوهشی کامل

نویسندگان

1 گروه فیزیک، دانشکده فیزیک و شیمی، دانشگاه الزهرا، تهران، ایران

2 دانشگاه الزهرا

چکیده

بلور دو بعدی مولبیدیم دی سولفات، MoS2، در بازه‌ی فرکانسی تراهرتز به علت کاربردهای اپتوالکترونیکی و کاربری آن برای الکترود شفاف در حوزه‌ی نانو بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در این مقاله، به طراحی ساختارهایی شامل تک لایه‌ی MoS2 روی زیرلایه‌های مختلف و با قرارگیری در جایگاه های متفاوت این تک لایه در بلور فوتونی یک بعدی، 1DPC، به منظور کاهش جذب و افزایش عبور پرداخته‌ایم. ضریب شکست MoS2 را در ناحیه ی تراهرتز از رابطه درود محاسبه کرده‌ایم. طیف عبور و جذب این ساختارها در بازه‌ی فرکانسی تراهرتز از روش ماتریس انتقال، TMM، برای هر دو قطبش TE و TM بدست آمد. در ادامه نشان دادیم که طیف جذب با تغییر در مواد دی‌الکتریک و زاویه‌ی تابش در هر دو قطبش TE و TM تنطیم پذیر است. در نهایت در بهترین طراحی به جذب کمتر از تک لایه‌ی MoS2 و طیف عبور نزدیک 100 درصد دست یافتیم. نتایج بدست آمده برای طراحی نانو سازه های متشکل از الکترود شفاف در فوتونیک و الکترونیک سودمند خواهند بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Design of structures including MoS2 monolayer with low absorption at THz range for application in transparent electrodes

نویسندگان [English]

  • Ensiyeh Mohebbi 1
  • Narges Ansari 2
1 Department of Physics, Alzahra University, Tehran,iran
چکیده [English]

Two dimensional Molybdenum disulfide, MoS2, crystal has attracted intense attention for its application in the THz optoelectronics and can be used for transparent electrode in the nanoscale research area. In this paper, we design structures including MoS2 monolayer on different substrates and different layer positions in one-dimensional photonic crystals (1DPCs) toward decreasing the optical absorption and increasing the optical transmission. The THz refractive index of MoS2 taken from Drude model is calculated. Transmission and absorption spectra in the THz range for either of TE or TM modes is calculated based on the transfer matrix method (TMM). In continue we show that the absorption spectrum can be tuned by changing different materials and incident angles for either of TE or TM modes. We finally in our best design achieved absorption smaller than MoS2 monolayer and nearly 100% transmission. Such results are useful for application in nano-bulding blocks including transparent electrode in future photonics and electronics devices.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Transparent Electrode
  • Photonics Crystal
  • terahertz
  • Drude Model
  • Transfer Matrix Method
  • Molybdenum Disulfide
 

[1] E.J.G. Santos, E. Kaxiras, Electrically Driven Tuning of the Dielectric Constant in MoS2 Layers, American Chemical Society 7 (2013) 10741-10746.

[2] Z. Li, S.W.Chang, C.C. Chen, Enhanced photocurrent and photoluminescence spectra in MoS2 under ionic liquid getting, Nano RESEARCH 7 (2014) 973-980.

[3] X. Yong Deng, X. Hua Deng, F. Hai Su, N. Hua Liu, J-Tao Liu1, Broadband ultra-high transmission of terahertz radiation through monolayer MoS2, Applied Physics 118 (2015).

[4] C.S. Yang, T.T. Tang, P.H. Chen, R.P. Pan, P. Yu, C.-L. Pan, Voltage-controlled liquid-crystal terahertz phase shifter with indiumctinc oxide nano whiskers as transparent electrodes, Optics Letters 39 (2014) 2511–2513.

[5] L. Yun-Shik, ed, Principles of Terahertz Science and Technology, ( 2009).

[6] K. Ellmer, Past achievements and future challenges in the development of optically transparent electrodes, Nature Photonics 6 (2012) 809–817.

[7] N. Ansari, M.M Tehranchi, Influence of filling fraction on the defect mode and gap closing of a one-dimensional photonic crystal: An analytical approach, Physica B 405 (2010)2900-2906.

[8] N. Ansari, S.I. Khartsev, A.M. Grishin, Multicolor filter all-garnet magneto-optical photonic crystals, Optics letters 37 (2012) 3552-3554.

[9] F. Fang Yang, Y. Long Huang, W. bo Xiao, J. Tao Liu, N. Hua Liu, “Control of absorption of monolayer MoS2 thin-film transistor in one-dimensional defective photonic crystal, Europhysics Letters 112 (2015).

[10] B. Mukherjee, F. Tseng, D. Gunlycke, K. Amara, G. Eda, E. Simsek, Complex electrical permittivity of the monolayer molybdenum disulfide (MoS2) in near UV and visible, OPTICS Material EXPRESS 447 (2015) 447-455.

[11]Xi. Liu, T. Galfsky, Z. Sun, F. Xia, E. Lin, Y. Lee, S. Kéna-Cohen, V.M. Menon, Strong light–matter coupling in two-dimensional atomic crystals, Nature Photonics 9 (2014)30-34.

[12] N. Ansari, E. Mohebbi, Increasing optical absorption in one-dimensional photonic crystals including MoS2 monolayer for photovoltaics applications, Optical Materials 62 (2016) 152-158.

[13] H. Hajian, A. Soltani-Vala, M. Kalafi, Optimizing terahertz surface plasmons of a monolayer graphene and a graphene parallel plate waveguide using one-dimensional photonic crystal, Applied Physics 114 (2013) 033102.

[14] F. Fan, X. Zhang, S. Li, D. Deng, N. Wang, H. Zhang, S. Chang, Terahertz transmission and sensing properties of micro structured PMMA tube waveguide,  OPTICS EXPRESS (2015) 27204.

[15] K. Saito, T. Tanabe, Y. Oyama, THz-wave generation via difference frequency mixing in strained silicon based waveguide utilizing its second order susceptibility χ(2), OPTICS EXPRESS 22 (2014) 1660-1668.

[16] X. Yan, L. Zhu, Y. Zhou, L. Wang, and X. Xu, Dielectric Property of MoS2 Crystal in Terahertz and Visible Region,  Applied Optics 54 (2015) 6732.

[17] J.T. Liu, N.H. Liu, J. Li, X.J. Li, J.H. Huang, Enhanced absorption of graphene with one-dimensional photonic crystal, Applied Physics 101 (2012).

[18] Y. Li, A. Chernikov, X. Zhang, A. Rigosi, H.M. Hill, A.M. Van der zand, D.A. Chenest, E. Shih, j. Hone. T.F. Heinz, Measurement of the optical dielectric function of monolayer transition-metal dichalcogenides: MoS2, MoSe2, WS2 and WSe2, Physics review B 90 (2014) 205422-205428.

[19] ن. انصاری، م. مرادی، بررسی انتشار امواج تراهرتز در MoS2در مرز بین دو دی الکتریک،  مجلةپژوهشسیستمهایبسذره‌ای، 6، (1395)ص 7-12.

[19] N. Ansari, M. Moradi, Investigation of THz waves propagation in MoS2 monolayer between two dielectric media, Journal of Research Systems 6 (1395) 7-12.