مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

حل تحلیلی میدان های الکتروالاستیک در محیط های پیزوالکتریک همسانگرد جانبی با توزیع متناوب نانوساختارهای کوانتومی: بررسی اثر هندسه نانوساختارها

نویسندگان
1 دانشگاه صنعتی شریف - دانشکده مهندسی عمران
2 استاد دانشگاه صنعتی شریف
چکیده
تعیین دقیق میدان‌های الکتروالاستیک در مواد پیزوالکتریک دارای نانوساختارهای کوانتومی به منظور تعیین رفتار و عملکرد دقیق الکترومکانیکی اینگونه مواد دارای اهمیت فراوان است. در این مقاله دستگاه معادلات دیفرانسیل پاره‌ای حاکم بر محیط پیزوالکتریک در حضور نانوساختارهای کوانتومی تشکیل داده شده و با استفاده از روش سری فوریه، راه حلی تحلیلی، کلی و جامع برای حل و بدست آوردن میدان‌های الکتروالاستیک در مواد پیزوالکتریک همسانگرد جانبی در اثر وجود نانوساختارهای کوانتومی با توزیع متناوب ارائه می‌شود. از ویژگی‌های منحصر بفرد این روش حل، درنظر گرفتن کلیه اندرکنش‌های میدان‌های الکتریکی و مکانیکی از یک سو و کلیه اندرکنش‌های میان نانوساختارها از سوی دیگر می‌باشد. نشان داده می شود که بر خلاف توزیع متناوب نقطه‌های کوانتومی، در حالت توزیع متناوب سیم‌های کوانتومی هیچگونه میدان الکتریکی و پتانسیل الکتریکی در محیط پیزوالکتریک القا نخواهد شد. به علاوه، با استفاده از این روش حل می‌توان میدان‌های الکتروالاستیک را بر اثر وجود نانوساختارهای کوانتومی با شکل‌های دلخواه تعیین نمود. مسائل متنوعی از توزیع متناوب سیم‌های کوانتومی با هندسه‌های مختلف مقاطع آن‌ها و همچنین توزیع متناوب نقطه‌های کوانتومی با هندسه‌های متداول مورد حل و بررسی قرار می‌گیرند و اثر تغییر در هندسه نانوساختارهای کوانتومی تشریح می‌شود. بر اساس نتایج بدست آمده تغییر در هندسه نانوساختارهای کوانتومی می‌تواند تا چندین برابر میدان‌های الکتروالاستیک ایجاد شده در محیط پیزوالکتریک را تحت تاثیر قرار دهد و لذا تعیین هندسه نانوساختارهای کوانتومی و متعاقبا تعیین دقیق میدان‌های الکتروالاستیک ناشی از آن‌ها از اهمیت زیادی در استفاده از این نانوساختارها در زمینه‌های مختلف تحقیقاتی و تکنولوژیکی برخوردار می‌باشد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Analytical solutions for electro-elastic fields of periodic quantum nanostructures within transversely isotropic piezoelectric media: studying the geometry effects

نویسندگان English

Ehsan Rashidinejad 1
Hossein Mohammad Shoja 2
1 Department of Civil Engineering - Sharif University of Technology
چکیده English

Accurate determination of the electro-elastic fields of quantum nanostructures within piezoelectric media is an important issue for realizing the electro-mechanical behavior of these nanostructures. In this paper, the governing partial differential equations corresponding to piezoelectric media containing quantum nanostructures are presented and subsequently, generalized analytical solutions based on Fourier series technique are developed for determination of the coupled electro-elastic fields in transversely isotropic piezoelectric barrier due to periodically distributed quantum nanostructures. The electro-elastic couplings of the piezoelectric barrier as well as the interactions between the quantum nanostructures are exhibited within the framework of the presented analytical solution. It is observed that no electric field and no electric potential will be induced anywhere in the medium for periodic distribution of quantum wires. The presented analytical solution is capable of treating different shapes and geometries of quantum wires/quantum dots. The electro-elastic fields of various shapes of sections of quantum wires and different geometries of quantum dots are studied and the effects of the geometry of periodically distributed quantum nanostructures are demonstrated. The results show that geometry of quantum nanostructures may highly affect the induced electro-elastic fields and therefore, accurate determination of the geometry of quantum nanostructures as well as the induced electro-elastic fields would be essential for employment of these nanostructures in different fields of research and technology.

کلیدواژه‌ها English

Electro-elastic fields
Transversely isotropic piezoelectric media
Quantum nanostructures
Quantum wires
Quantum dots