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东莞市营销网站建设,郑州陆港开发建设有限公司网站,广州各区最新动态,企业信用信息公示系统广西COMSOL光学模型#xff1a;基于黑磷/介质超表面的各向异性吸收最近在折腾COMSOL光学仿真的时候#xff0c;发现黑磷这玩意儿真是各向异性的宝藏材料。它的面内晶格结构导致x和y方向电导率能差个几十倍#xff0c;这种特性拿来做偏振敏感的超表面简直不要太合适。今天咱们就实…COMSOL光学模型基于黑磷/介质超表面的各向异性吸收最近在折腾COMSOL光学仿真的时候发现黑磷这玩意儿真是各向异性的宝藏材料。它的面内晶格结构导致x和y方向电导率能差个几十倍这种特性拿来做偏振敏感的超表面简直不要太合适。今天咱们就实战演练一把用黑磷/介质堆叠的超表面结构实现各向异性光吸收。先看看模型怎么搭——核心结构是黑磷薄层夹在介质层中间顶层做周期性排布的纳米柱阵列。这里有个骚操作把纳米柱设计成椭圆形长轴和短轴分别对齐黑磷的armchair和zigzag晶向方向。COMSOL里画这种结构可以用椭圆矩形布尔运算搞定// 创建椭圆纳米柱 model.geom(geom1).feature().create(elp1, Ellipse); model.geom(geom1).feature(elp1).set(a, dx/2); model.geom(geom1).feature(elp1).set(b, dy/2); model.geom(geom1).feature(elp1).set(pos, new String[]{0, 0}); // 创建基底矩形 model.geom(geom1).feature().create(r1, Rectangle); model.geom(geom1).feature(r1).set(size, new String[]{P, P}); // P是周期 // 布尔减除生成空气孔 model.geom(geom1).feature().create(dif1, Difference); model.geom(geom1).feature(dif1).selection(input).set(r1); model.geom(geom1).feature(dif1).selection(input2).set(elp1);重点来了黑磷的介电常数张量得按方向设定。在材料属性里用矩阵表达式最省事% 黑磷介电常数张量 eps_x 4.5 0.3i; // armchair方向 eps_y 8.2 0.8i; // zigzag方向 epsilon [eps_x 0 0; 0 eps_y 0; 0 0 eps_z];这里有个坑——很多人会直接在材料库选各向异性材料但黑磷的损耗项虚部对偏振响应影响极大。建议用参数化扫描同时改变入射角θ和φ观察TE/TM波的吸收差异// 参数化扫描设置 model.study(std1).feature(param).set(pname, new String[]{theta, phi}); model.study(std1).feature(param).set(plist, new String[]{range(0,10,80), 0 45 90});跑完仿真后用场计算器抓取吸收功率。注意要分别积分黑磷层和介质层的损耗// 吸收率计算 double Q_abs integrate(emw.PowerLossDensity,黑磷区域); double Q_in integrate(emw.Poav_in,入射边界); double吸收率 Q_abs / Q_in;结果出图时用极坐标图展示不同入射偏振角下的吸收率分布会发现明显的蝴蝶结形状——这说明x和y方向吸收效率差异能达到3倍以上。有意思的是当把纳米柱旋转45度时吸收峰会出现劈裂现象这跟黑磷的能带结构各向异性直接相关。最后给个小技巧黑磷厚度在20nm左右时会出现反常吸收增强这是表面等离激元与介质波导模式耦合的结果。但超过50nm后反而会因为载流子散射增加导致损耗过大。建议做参数优化时把厚度和周期设为联动变量model.param().set(thickness, P*0.3); // 周期P的30%作为厚度折腾下来最大的感受是各向异性材料玩超表面就像在迷宫里开挂总能发现意想不到的光学效应。不过要小心COMSOL的内存杀手属性——网格剖分时记得用周期性边界条件不然16G内存分分钟给你整崩溃...别问我怎么知道的