Karakterizacija grafena za primjenu u elektromagnetskim metapovršinama : doktorski rad - Ereš, Zoran (Z. Ereš ; Fakultet elektrotehnike i računarstva, 2019)
Predmet istraživanja ove dizertacije su elektromagnetska svojstva grafena. U tu svrhu, korišten je numerički model električne vodljivosti grafena temeljen na Kubovoj jednadžbi koja uzima u obzir frekvenciju signala, kemijski potencijal, gubitke zbog raspršenja naboja, i temperaturu. Pokazano je da je vodljivost grafena moguće utvrditi analitički pomoću Kubove jednadžbe samo ako je frekvencija signala znatno niža od frekvencije raspršenja naboja. Usporedba analitički utvrđenog riješenja i numeričkih vrijednosti dobivenih rješavanjem Kubo jednadžbe pokazala je dobro slaganje. Analiza je pokazala da vodljivost grafena u radiofrekvencijskom području ima izraženu realnu komponentu vodljivosti dok je imaginarna komponenta vodljivosti manja od realne komponente za četiri reda veličine. Zbog ovoga svojstva se impedancija grafena u radiofrekvencijskom području može aproksimirati realnim otporom. Nadalje je pokazano da je u optičkom području frekvencija realna komponenta električne vodljivosti grafena veća od imaginarne komponente za jedan red veličine. Stoga se i u optičkom području frekvencija impedancija grafena može aproksimirati realnim otporom. U THz području impedancija grafena ima kompleksnu vrijednost u skladu s Lorentz-Drudeovim disperzijskim modelom. Najzanimljivije svojstvo grafena, s aspekta primjene, je efekt polja: U nekim slučajevima vanjsko električno polje može promijeniti realni i imaginarni dio kompleksne impedancije grafena. Opisano svojstvo koristi se za postizanje negativne permitivnosti u upravljivim metamaterijalima i metapovršinama. Eksperimentalno istraživanje utjecaja vanjskog električnog polja na električnu vodljivost grafena pokazalo je kako se vodljivost materijala može povećati nekoliko puta. U okviru ovog rada razvijen je reaktor za sintezu uzoraka jednoslojnog i višeslojnog grafena. Postupak sinteze je kemijska depozicija iz parne faze. Reaktor je izrađen upotrebom lako dobavljivih komponenti niske cijene što ga čini dostupnim većini istraživačkih grupa. Sintezirani grafen je visoke kvalitete što je potvrđeno karakterizacijom uz pomoć Ramanove spektroskopije i elektronske mikroskopije. Dizajnirana je i praktično realizirana upravljiva grafenska metapovršina koja je u osnovi mikrovalni apsorber baziran na Salisburyjevom zastoru. Punovalne numeričke simulacije i mjerenja u području frekvencija od 10 GHz pokazuju efikasnu apsorpciju mikrovalne energije iako njegova debljina iznosi samo jedan atom. Posebnost razvijenog apsorbera je mogućnost jednostavnog podešavanja njegovih parametara promjenom upravljačkog visokonaponskog signala. Kljuĉne rijeĉi: Grafen, impedancija, metamaterijal, metapovršina, depozicija, CVD, THz, apsorber.