Учет квантовых эффектов при проектировании плазмон-акустических устройств терагерцового диапазона частот

Актуальность и цели. Графеновые и боразотные наноленты гексагональной сингонии являются перспективными материалами для использования в наноакустике и наноплазмонике в качестве линий передачи терагерцового диапазона частот. Между тем их наномасштабная ширина приводит к ряду квантово-размерных эффектов: погонным сопротивлениям, индуктивностям и емкостям квантовой природы, которые нельзя игнорировать даже в режиме баллистического транспорта свободных носителей заряда. Цель исследования - показать существенное влияние указанных величин на электрические и волновые параметры подобных устройств. Материалы и методы. Объектами исследования являлись наноленты из графена (Gr) и изоморфного ему 2D-гексагонального нитрида бора (h-BN). В работе использовались известные аналитические методы классической электродинамики сверхвысоких частот, квантовой физики и зонной теории твердого тела применительно к наномасштабным 2D-кристаллическим структурам. Результаты. Получены выражения для погонных значений квантовых сопротивлений, индуктивности и емкости электропроводящей наноленты ограниченной ширины в зависимости от соответствующих квантов и числа каналов электропроводности, обусловленного шириной наноленты, волнового числа Ферми для свободных носителей заряда, спинового и долинного вырождений их энергетических состояний. Показано, что квантовые индуктивность и емкость наноленты на терагерцовых частотах могут на два порядка превышать соответствующие характеристики той же наноленты для поверхностных плазмон-поляритонов. Полученные результаты проиллюстрированы на примере плазмон-акустического преобразователя терагерцового диапазона частот на структуре графен-гексагональный нитрид бора. Выводы. Квантовые погонные индуктивность и емкость графеновых нанолент на терагерцовых частотах могут на два порядка превышать их соответствующие значения для поверхностных плазмон-поляритонов в той же наноленте. Это требует учитывать квантово-размерные эффекты при проектировании наноэлектромеханических устройств.