Аналитическое решение задачи рассеяния электромагнитной волны на металлической одностенной углеродной нанотрубке с низкопроводящим включением
Аннотация
Сформулирована и решена аналитически задача рассеяния электромагнитного излучения одностенной углеродной нанотрубкой с узкими участками низкой проводимости. Краевая электродинамическая задача формулируется через граничные условия для электрических и магнитных полей на поверхности трубки и на бесконечности. Эта задача сводится к решению уравнения Леонтовича - Левина для тока на однородных участках углеродной нанотрубки, которое дополняется граничными условиями для токов на концах трубки и условием неразрывности тока в местах расположения участков низкой проводимости. Приближенное аналитическое решение для плотности тока на однородных участках одностенной углеродной нанотрубки представляется в виде суммы двух поверхностных волн, распространяющихся в противоположных направлениях, а также компоненты тока, индуцированного внешним полем. Проведенное сравнение результатов аналитического решения с результатами численного решения методом, представленным ранее, показало, что аналитическое решение позволяет достаточно точно моделировать резонансное рассеяние электромагнитного излучения на углеродной нанотрубке с участками низкой проводимости в широком частотном диапазоне.
Литература
- Reich S, Thomsen C, Maultzsch J. Carbon Nanotubes: Basic Concepts and Physical Properties. Wiley; 2004. 2. Slepyan GY, Maksimenko SA, Lakhtakia A, Yevtushenko O, Gusakov AV. Electrodynamics of carbon nanotubes: Dynamic conductivity, impedance boundary conditions, and surface wave propagation. Physical. Review B. 1999;60(24):17136 –17149. DOI: 10.1103/PhysRevB.60.17136. 3. Burke PJ. Luttinger liquid theory as a model of the gigahertz electrical properties of carbon nanotubes. IEEE Transactions on Nanotechnology. 2002;99(3):129–144. DOI: 10.1109/TNANO.2002.806823. 4. Maffucci A, Miano G, Villone F. A New Circuit Model for Carbon Nanotube Interconnects With Diameter-Dependent Parameters. IEEE Transactions on Nanotechnology. 2009;8(3):345–354. DOI: 10.1109/TNANO.2008.2010545. 5. Slepyan GYa, Shuba MV, Maksimenko SA, Lakhtakia A. Theory of optical scattering by achiral carbon nanotubes and their potential as optical nanoantennas. Physical Review B. 2006;73:195416. DOI: 10.1103/PhysRevB.73.195416. 6. Hanson G. Fundamental transmitting properties of carbon nanotube antennas. IEEE Transactions on Antennas Propagation. 2005;53(11):3426 –3435. DOI: 10.1109/TAP.2005.858865. 7. Burke PJ, Shengdong Li, Zhen Yu. Quantitative theory of nanowire and nanotube antenna performance. IEEE Transactions on Nanotechnology. 2006;5(4):314 –334. DOI: 10.1109/TNANO.2006.877430. 8. Kuzhir P, Paddubskaya A, Bychanok D, Nemilentsau A, Shuba M, Plusch A, et al. Microwave probing of nanocarbon based epoxy resin composite films: Toward electromagnetic shielding. Thin Solid Films. 2011;519(12):4114 – 4118. DOI: 10.1016/j.tsf.2011.01.198. 9. Seo MA, Yim JH, Ahn YH, Rotermund F, Kim DS, Lee S, et al. Terahertz electromagnetic interference shielding using single- walled carbon nanotube flexible films. Applied Physics Letters. 2008;93:231905. DOI: 10.1063/1.3046126.
- Shuba MV, Maksimenko SA, Slepyan GYa. Absorption cross-section and near-field enhancement in finite-length carbon nanotubes in the terahertz-to-optical range. Journal of Computational and Theoretical Nanoscience. 2009;6(9):2016–2023. DOI: 10.1166/ jctn.2009.1258. 11. Shuba MV, Slepyan GYa, Maksimenko SA, Thomsen C, Lakhtakia A. Theory of multiwall carbon nanotubes as waveguides and antennas in the infrared and the visible regimes. Physical Review B. 2009;79:155403. DOI: 10.1103/PhysRevB.79.155403. 12. Shuba MV, Melnikov AV, Paddubskaya AV, Kuzhir PP, Maksimenko SA, Thomsen C. The role of finite size effects in the microwave and sub-terahertz electromagnetic response of multiwall carbon nanotube based composite: theory and interpretation of experiment. Physical Review B. 2013;88:045436 (8p). DOI: 10.1103/PhysRevB.88.045436. 13. Shuba MV, Maksimenko SA, Lakhtakia A. Electromagnetic wave propagation in an almost circular bundle of closely packed metallic carbon nanotubes. Physical Review B. 2007;76:155407. DOI: 10.1103/PhysRevB.76.155407. 14. Shuba MV, Melnikov AV, Kuzhir PP, Maksimenko SA, Slepyan GY, Boag A. Integral equation technique for scatters with mesoscopic insertions: Application to a carbon nanotube. Physical Review B. 2017;96:205414. DOI: 10.1103/PhysRevB.96.205414.
- Kamenev A, Kohn W. Landauer conductance without two chemical potentials. Physical Review B. 2001;63:155304. DOI: 10.1103/PhysRevB.63.155304. 16. Odintsov AA, Tokura Y. Contact phenomena in carbon nanotubes. Physica B. 2000;284 –288(2):1752–1753. DOI: 10.1016/ S0921-4526(99)02920-8.
- Pedersen MH, Büttiker M. Scattering theory of photon-assisted electron transport. Physical Review B. 1998;58:12993–13006. DOI: 10.1103/PhysRevB.58.12993. 18. Berres JA, Hanson GW. Multiwall Carbon Nanotubes at RF-THz Frequencies: Scattering, Shielding, Effective Conductivity, and Power Dissipation. IEEE Transactions on Antennas Propagation. 2011;59(8):3098–3103. DOI: 10.1109/TAP.2011.2158951.
Опубликован
2019-01-20
Поддерживающие организации
Результаты исследования получены при поддержке проекта Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований № Ф18КОР-002 и программы повышения конкурентоспособности Томского государственного университета.
Как цитировать
Мельников, А. В., & Шуба, М. В. (2019). Аналитическое решение задачи рассеяния электромагнитной волны на металлической одностенной углеродной нанотрубке с низкопроводящим включением. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 3, 65-73. Доступно по https://journals.bsu.by/index.php/physics/article/view/505
Раздел
Физика электромагнитных явлений
Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:
- Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
- Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
- Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).
