Електронна структура та діелектрична матриця модельних фотонних кристалів, складених із волокон: розрахунки із перших принципів

Abstract

Статтю присвячено властивостям електронної підсистеми модельних фотонних кристалів з формувальними елементами у вигляді волокон пористого GaAs або SiO2 з графеновими шарами. Теоретичний розрахунок на основі теорії функціоналу електронної густини та методу псевдопотенціялу із перших принципів є головною методою дослідження. З використанням авторського програмного комплексу було розраховано просторовий розподіл густини валентних електронів, розподіл густини електронних станів, Кулонів потенціял вздовж кристалу, діелектричну матрицю. Визначено вплив геометричних параметрів укладання формувальних елементів модельних фотонних кристалів на їхні електронні енергетичні зони, густину електронних станів у зонах, просторовий розподіл електронної густини, зонну структуру діелектричної матриці. Обчислено макроскопічну діелектричну проникність.

The paper is concerned with the properties of the electron subsystem of the model photonic crystals formed by fibres of the porous GaAs or graphene layers on SiO2. The main research methods are theoretical calculations based on both the density functional theory and the ab initio pseudopotential method. Using author’s software, the spatial distribution of valence electron density, the distribution of density of electron states, the Coulomb potential along the vector in the crystal, dielectric matrix are calculated. The influence of geometrical parameters of packing of the photonic crystal fibres on the crystal electronic energy bands, the density of the electron states, the spatial distribution of the electron density, the dielectric matrix band structure are determined. Macroscopic dielectric constant is calculated.

Статья посвящена свойствам электронной подсистемы модельных фотонных кристаллов с формирующими элементами в виде волокон пористого GaAs или SiO2 с графеновыми слоями. Теоретический расчёт на основе теории функционала электронной плотности и метода псевдопотенциала из первых принципов является главным методом исследования. С использованием авторского программного комплекса были рассчитаны пространственное распределение плотности валентных электронов, распределение плотности электронных состояний, кулоновский потенциал вдоль кристалла, диэлектрическая матрица. Определено влияние геометрических параметров упаковки формирующих элементов модельных фотонных кристаллов на их электронные энергетические зоны, плотность электронных состояний в зонах, пространственное распределение электронной плотности, зонную структуру диэлектрической матрицы. Рассчитана макроскопическая диэлектрическая проницаемость.