石墨烯材料的电磁特性研究
石墨烯材料的电磁特性研究(任务书,开题报告,外文翻译,论文13000字)
摘要
石墨烯（Graphene）作为一种新型二维材料，由于其独特的电磁特性被人们所认识，将来在物理、化学、生物等多个领域都将会有它的应用。由于受到制备和检测工艺的限制，电磁仿真已经是研究石墨烯与石墨烯器件的有效手段之一。
本文使用了时域有限差分法（Finite-difference time-domain，FDTD）来对石墨烯进行电磁学仿真，结合亚元胞（Subcell）技术解决石墨烯仿真时其厚度的问题，利用周期性边界条件（Periodic Boundary Conditions，PBC）解决石墨烯无限大的仿真难题，利用辅助微分方程法（Auxiliary Differential Equation，ADE）得到了在偏置电场作用下的迭代公式。在MATLAB平台上得到了在低太赫兹频段内，石墨烯表面电导率、等效介电常数以及石墨烯的透射系数等电磁参数，并绘制了其参数与频率、化学势、偏置电场强度之间的函数曲线，得出了其参数变化规律，全面深刻地探究了石墨烯的电磁特性。
关键词：石墨烯；时域有限差分法；亚元胞技术
Abstract
As a kind of new two dimensional materials, graphene is known due to its peculiar electromagnetic properties. In the future, graphene will be widely used in many fields such as physics, chemistry, and biology and so on. But limited to the preparation and testing technology, electromagnetic simulation is one of the effective methods to study graphene and graphene devices.
In this paper, the finite difference time domain method (FDTD) is used for electromagnetic simulation of graphene, which is combined with Subcell technology to solve the graphene-simulation-thickness problem, and combined with periodic boundary conditions (PBC) to solve infinite graphene-simulation problem. We use the auxiliary differential equation (ADE) to get the iterative equations under bias electric field. In this way, we can get graphene surface conductivity, equivalent dielectric constant and graphene transmission coefficient on MATLAB in the low THz. We draw the function curve between the parameter and the frequency, the chemical potential, the bias electric field strength. Then the parameter variation rule of graphene can be got. So the electromagnetic characteristic of graphene has been explored in depth.
Key words: Graphene; FDTD; Subcell technology
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目录
第1章绪论 1
1.1 课题研究背景及意义 1
1.2 课题研究现状 2
1.3 本文文章结构 4
第2章石墨烯概述 5
2.1 石墨烯的能带结构 5
2.2 石墨烯的性质 6
2.2.1 力学性质 6
2.2.2 电学性质 6
2.2.3 热学性质 7
2.2.4 磁学性质 7
2.3 石墨烯的应用前景 8
2.4 本章小结 8
第3章 FDTD仿真方法 9
3.1 FDTD简介 9
3.2 FDTD更新方程 10
3.2.1 时域有限差分法基本方程 10
3.2.2 中心差分法 11
3.2.3 一维FDTD问题的更新方程 13
3.3 稳定性条件 19
3.4 数值色散 20
3.5 本章小结 21
第4章石墨烯电磁参数 22
4.1 石墨烯的电导率 22
4.2 石墨烯的介电常数 24
4.3 石墨烯FDTD近似仿真 25
4.4 本章小结 29
第5章总结与展望 30
参考文献 32
致谢 34 [资料来源：Doc163.com]