النمذجة بالدوائر المكافئة لممتص تيرا هيرتز خالٍ من المعادن قائم على فيلم الكربون البايروليتي

الملخص

يُقدّم هذا البحث دراسة تحليلية لفيلم رقيق من الكربون البايروليتي (PyC) كممتص تيرا هيرتز (THz) خالٍ من المعادن، وذلك باستخدام نموذج الدائرة المكافئة (ECM). تم نمذجة السماحية المركبة لمادة (PyC) عبر صياغة درود-لورنتز باستخدام معاملات مُحققة تجريبياً (,  = 8×10⁴ S/m، τ = 2 fs)، مما أسفر عن قيم (ε′ = −12.87) و(ε″ = 14,380) عند تردد 0.1 THz، وهو ما يؤكد السلوك الفلزي للمادة في النطاق (0.1–3 THz) تحت زاوية سقوط عمودية (θ = 0°). تم تحليل هيكل شاشة سالزبوري المكون من (PyC (25 nm) / SiO₂ (50 µm) / PEC) باستخدام طريقة مصفوفة النقل (TMM). وقد صيغت الدائرة المكافئة على شكل فرع (RL) على التوازي (R = 500 Ω/□، L = 1 pH) مع خط نقل قصير الدائرة عند طرفه (  = 190.76 Ω)، حيث أعادت إنتاج استجابة طريقة مصفوفة النقل بانحراف أقصى قدره 1.73% وخطأ جذر متوسط مربع (RMS) نسبته 0.72%. تم تحقيق ذروة امتصاص بلغت 98.02% عند تردد 0.758 THz. ويُظهر الممتص نطاقين منفصلين للامتصاص فوق 90%: من 0.63 إلى 1.35 THz (النطاق الأول) ومن 1.75 إلى 2.40 THz (النطاق الثاني)، مع انخفاض حاد في الامتصاص عند حوالي 1.5 THz. ويُعرَّف عرض النطاق التراكمي (مجموع النطاقين) بأنه 1.37 THz. أثبتت الدراسات البارامترية متانة الأداء تجاه تغيرات التوصيلية الكهربائية ( ) وسُمك الفاصل العازل. يتميز التصميم بأنه خالٍ من المعادن، فائق الرقة (50.025 ميكرومتر)، ولا يتطلب محاكاة كامل الموجة (Full-Wave Simulation)، مما يوفّر بديلاً سلبياً متوافقاً مع عمليات التصنيع مقارنة بممتصات التيرا هيرتز القائمة على الغرافين.