Электродинамический расчет комплексного коэффициента распространения электромагнитной волны в волноведущей структуре «углеродная нанотрубка - графен» в терагерцовом и инфракрасном диапазонах

Актуальность и цели. Углеродные наноструктуры, состоящие из углеродных нанотрубок (УНТ) и монослоев графена, обладают уникальными электронными, оптическими и механическими свойствами для создания линий передачи и устройств на графеновой платформе в терагерцовом и инфракрасном диапазонах. Целью данной работы является теоретическое исследование процесса распространения электромагнитных волн в нового класса волноведущих 2D-структурах на основе УНТ и графена в терагерцовом и ближнем инфракрасном диапазонах на основе математического моделирования, базирующегося на решении уравнений Максвелла совместно с материальными уравнениями сред (УНТ и графена). Материалы и методы. Разработана математическая модель распространения электромагнитных волн и их взаимодействия с волноведущими 2D-структурами на основе УНТ и графена, базирующаяся на решении краевой задачи для уравнений Максвелла, где поверхностная проводимость графена включена как параметр и определяется формулой Кубо, используя разработанный вычислительный алгоритм на основе автономных блоков с каналами Флоке. Результаты. Получены результаты электродинамического расчета действительной и мнимой частей комплексного коэффициента распространения, а также коэффициента замедления и затухания на длине волны фундаментальной моды в волноведущих структурах (УНТ - монослой графена) в зависимости от частоты при различных значениях химического потенциала (напряженности внешнего постоянного электрического поля) в терагерцовом и ближнем инфракрасном диапазонах. Выводы. Показано, что дисперсионные характеристики электромагнитных волн в волноведущих структурах УНТ-графен зависят от соотношения геометрических размеров (радиуса УНТ и расстояния УНТ-графен) и управляются действием внешнего электрического поля в терагерцовом, ближнем инфракрасном диапазонах.