Journal of Interfaces, Thin Films, and Low dimensional systems

The characteristics of nickel-based elliptical cylinder plasmonic nano-waveguides in the near-infrared wavelength

Document Type : Original Article

Authors

1 Department of Condensed Matter, Faculty of Physics, Alzahra University, Tehran, Iran

2 Physics Department, Faculty of Science, Noshahr University, Noshahr, Iran

Abstract

In this article, a nickel-based elliptical cylinder plasmonic Nano-waveguide (NECPNW), layers is used to serve the coating purpose. The results of this purposed structure that are yielded by Finite Element Method in the COMSOL-multi-physics simulator program reflect that this approach has the capacity for more field confinement and simultaneously less dissipation. As a result, surface plasmons (SPs) can be utilized to improve data exchange. Our resulting has displayed that the proposed waveguide has a figure of merit over 35000, propagation length over 470 μm, and a normalized mode area of ∼〖10〗^(-3) by tuning the semi-major axis Ni nanowire, wavelength of incident light, and the thickness of the dielectric layers. Hence, proposed waveguide shows longer propagation length and better figure of merit than the similar plasmonic waveguides.

Keywords

Main Subjects

Article Title [Persian]

ویژگی های نانو موجبرهای پلاسمونیک استوانه ای بیضوی بر پایه نیکل در طول موج مادون قرمز نزدیک

Authors [Persian]

  • محمدرضا جعفری 1
  • مرضیه قناعتی 1
  • اکبر اسدی 2

1 تهران، دانشگاه الزهرا، دانشکده فیزیک، بخش فیزیک ماده چگال

2 گروه فیزیک، دانشکده علوم، دانشگاه علوم دریایی امام خمینی)ره(، نوشهر، ایران

Abstract [Persian]

در سال های اخیر، دستیابی به ظرفیت بالا برای انتقال داده ها به طور گسترده مورد توجه بوده است. با این حال، مانع اساسی برای تحقق این ظرفیت مطلوب، محدودیت های پراش نور در مواد دی الکتریک بوده است. یکی از رویکردهای موجود برای این موضوع، استفاده از موجبرهای نوری کوتاه برد است. برای این منظور، از پلاسمونیک استفاده می کنیم. زیرا توانایی غلبه بر حد پراش (در مواد دی الکتریک) را دارد. در این مقاله، از لایه‌های نانوموج پلاسمونیک استوانه‌ای بیضوی مبتنی بر نیکل استفاده می‌شود. نتایج این ساختار هدفمند که با روش المان محدود در برنامه شبیه‌ساز کامسول به دست می‌آید نشان می‌دهد که این رویکرد ظرفیت بیشتری برای محصور کردن میدان و به طور همزمان اتلاف کمتر دارد. در نتیجه، پلاسمون های سطحی می توانند برای بهبود انتقال داده ها مورد استفاده قرار گیرند.

Keywords [Persian]

  • موجبر- نانونیکل
  • پلاسمونیک
  • روش المان محدود
 [1] A. Asadi, M. R. Jafari, and M. Shahmansouri, “Characteristics of a Symmetric Mid-infrared Graphene Dielectric Hybrid Plasmonic Waveguide with Ultra-deep Subwavelength Confinement.” Plasmonics, 17 (2022) 1819.
[2] M. R. Jafari, and A. Asadi, “Modeling a highperformance broadband mid-infrared modulator using graphene-based hybrid plasmonic waveguide.” Journal of interfaces thin films and low dimensional systems, 5 (2022) 505.
[3] M. R. Jafari, and M. Omidi, “The effect of quantum ring size on shifting the absorption coefficient from infrared region to ultraviolet region.” Applied
 
Physics A, 125 (2019) 1.
[4] M. R. Jafari, F. Ebrahimi, and M. Nooshirvani, “Subwavelenght electromagnetic energy transport by stack of metallic nanorings.” Journal of Applied Physics, 108 (2010) 054313.
[5] K. Zheng, J. Song, and J. Qu, “Hybrid lowpermittivity slot-rib plasmonic waveguide based on monolayer two-dimensional transition metal dichalcogenide with ultra-high energy confinement.” Optics Express, 26 (2018) 15819.
 
[6] B. Pierre, “Long-range surface plasmon polaritons.” Advances in Optics and Photonics, 1 (2009) 484.
[7] V. G. Achanta, “Surface waves at metal-dielectric interfaces: Material science perspective.” Reviews in Physics, 5 (2020) 100041.
[8] M. I. Stockman, “Nanofocusing of optical energy in tapered plasmonic waveguides.” Physical Review Letters, 93 (2004) 137404.
 
[9] H. Wei, D. Pan, S. Zhang, Z. Li, Q. Li, N. Liu, W. Wang, and H. Xu, “Plasmon waveguiding in nanowires.” Chemical Reviews, 118 (2018) 2882.
 
[10] J. W. Liaw, S. Y. Moa, J. Y. Luo, Y. C. Ku, and M. K. Kuo, “Surface plasmon polaritons of higher-order mode and standing waves in metallic nanowires.” Optica Express, 29 (2021) 18876.
[11] D. Teng, Q. Cao, S. Li, and H. Gao, “Tapered dual ellipticall plasmon waveguides as highly efficient terahertz connectors between approximate plate waveguides and two-wire waveguides.” Journal of the Optical Society of America A, 31 (2014) 268. 
Journal of Interfaces, Thin Films, and Low dimensional systems
Volume 8, Issue 1
October 2024
Pages 803-810