Photonics – Korean

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2D 그래핀 구조물의 Mesh 및 Index monitor

    • Yun
      Subscriber
      안녕하세요.   그래핀을 이용해 시뮬레이션을 진행중입니다. 몇가지 질문사항이 생겨 문의드립니다. 스크린샷을 첨부하여 문의드리고싶지만 제 컴퓨터상 문제인지 본문에 추가가되지않아 부연설명으로 대체하겠습니다.   0. FDTD는 2D 시뮬레이션입니다. Planewave, 8 um, single wavelength 수직입사입니다. 구조물은 총 2개입니다. 2D 구조물, 3D 구조물 3D 구조물 맨 윗면에 2D 구조물을 배치한 형상입니다.   1. 2D 구조물에 그래핀을 설정하였습니다. (Material database에서 추가가능한 그래핀 물질) 2D 구조물을 Index monitor의 preview로 확인하였을때 구조물이 2D임에도 불구하고 높이가있는것으로 보입니다. FDTD의 Mesh accuracy level에 따라 수치는 약 20~200 nm 정도로 변화하지만 확실히 높이가 있는것처럼 보입니다. Index monitor preview에서 보이는것처럼 시뮬레이션이 진행되는건지 문의드립니다.   2. Index monitor preview에서 보이는것처럼 시뮬레이션이 진행된다면 사용자가 임의로 높이에 관한 축을 Mesh override region을 통하여 설정해야하는지 문의드립니다. 예를들어 그래핀 한개의 레이어의 두께는 약 3.5*10^-10 정도입니다. 10개층을 시뮬레이션을 한다면 Material database의 Conductivity scailing을 10으로 조정 후 Mesh override region의 축을 3.5 nm로 설정해야하나요?   3. Mesh override region을 해야한다면 Geometry 탭의 directly defined를 통해 span을 설정해야만 index monitor preivew상에서 Mesh 수치대로 적용된것처럼 보입니다. 그렇게 하면 그래핀과 맞닿아있는 다른 구조물에도 임의로 설정된 수치의 Mesh가 override 값이 영향을 미쳐 convergnece testing에 영향을 주는것같습니다. 위 사태를 방지하고자 based on a structure로 설정하여 구조물에만 Mesh 를 override 하였는데 index monitor 상에서는 적용된것처럼 보이지 않았습니다. 후자의 방법으로 Mesh를 씌우려면 어떻게 해야하는지 문의드립니다.   4. Mesh를 영역으로 설정해야한다는 결론이있다면 그래핀 유무에 따른 구조물의 결과값 차이를 보려고합니다. 그래핀이 맞닿아있는 구조물만 시뮬레이션을 한다고 하였을때 그래핀의 두께 문제를 해결하기위해 사용자가 임의로 설정하였던 Mesh override region을 Disable하지말고 Enable하여 시뮬레이션을 진행해야하나요? 3D 구조물 윗면에 걸쳐져있는 Mesh의 유무에 따라 DFT Monitor의 T값 (투과율,반사율 등) 결과값 및 시뮬레이션 진행시간의 차이가 너무 심합니다.   5. 만약 1번의 질문의 답변이 그래핀이 물질로 설정된 2D 구조물은 index monitor 상 높이가 있는것처럼 보여도 실제 시뮬레이션 진행시 높이가 없는것으로 간주된다면 Mesh 를 씌울필요없이 시뮬레이션을 진행하면되나요?   6. 만약 4번항처럼 Mesh가 필요없다면 그래핀이 아닌 다른 2D의 구조물로 그래핀으로 설정된 2D 구조물 Mesh order을 통해 에칭을 한다고할때 Material database 의 그래핀의 Conductivity scailing 값과 관련없이 에칭되나요?   7. Lumerical FDTD 홈페이지에서 검색하여 찾아볼수있는 Graphene surface conductivity material model, Tunable graphene metamaterial absorber 제목의 두개의 article 에서는 각각 아래와 같이 표기되어있습니다. Mesh 가 필요없다는 결론인데 이게 정말 맞는지 문의드립니다. 왜냐하면 다른 몇몇의 그래핀의 예제에서는 Mesh가 2~3 nm 정도로 override region 되어있습니다.   Graphene surface conductivity material model : The graphene material model in FDTD and MODE allows graphene to be accurately simulated as a 2D material without the need for an extremely small mesh, resulting in much faster simulations. Tunable graphene metamaterial absorber : A 2D rectangle object is used to model the sheet, and there is no need to add a mesh override region over the graphene to resolve the thin layer.   답변 남겨주시면 대단히 감사하겠습니다. 혹시 아래에 몰라 URL 남깁니다.   https://support.lumerical.com/hc/en-us/articles/360043165374-Graphene-list-of-examples https://support.lumerical.com/hc/en-us/articles/360042244874-Graphene-surface-conductivity-material-model https://support.lumerical.com/hc/en-us/articles/360041622634
    • Dong Sub Shin
      Ansys Employee
      안녕하세요,
      image.png

      말씀하신 것처럼 FDTD의 index monitor에서 인식된 구조에 따라서 시뮬레이션을 하게 됩니다.
      그리핀을 Surface로 사용하실 경우 두께를 정의할 수가 없기 때문에 FDTD에서는 해당 위치의 Mesh에 의해서 두께가 자동으로 정의가 됩니다.
      위의 경우는 기본 옵션 보다 크게 한 경우 입니다.
      따라서 Mesh override region를 이용하셔서 실제 두께가 적용이 되도록 하는 것을 권장 드립니다.
      감사합니다.
    • Yun
      Subscriber
      답변 감사합니다. 아직 풀리지않은 의문점이 많이남아 있어 코멘트 남깁니다.
       
        두께를 정의할수없다면 그래핀과 비슷한 다른 2D 물질들의 두께도 똑같이 Mesh override region을 이용하여 정의해야하나요?

      두께를 특정하게 정의할수없는 다른 2D물질같은경우는 어찌하나요?

      다른 2D 물질또한 2D구조물에 설정시 index monitor상 동일하게 높이가 있는것으로 나오는데요.

      두께를 정의해야하면 애초부터 3D 구조물의 높이를 엄청 낮게해서 하는거랑 무슨 차이인가요? 3D 구조물도 3.5 nm 설정할수있는데 말이죠?

      그러면 뭐하러 2D 구조물을 Structure에 추가해놓았을까요? 궁금해서 여쭤봅니다.

      Material database에있는 그래핀이라는 물질자체를 2D 구조체를 따로 만들어서 사용하지않고 3D 구조에 적용시킬수도있었을텐데요. (높이조절도 가능한데말이죠..) 여튼 그렇습니다.

        다시 돌아와서 처음 질문글에서처럼 그래핀의 레이어가 10개층이라면 약 3.5 nm 정도로 유추할수가있는데

      특정부분의 그래핀을 Mesh order 을 통해 에칭하고싶다면 에칭하려는 물질은 도대체 어떻게 정의해야하나요?

      Mesh 를 통해 특정시킨 높이만큼을 또다시 다른 구조물을 설정하여 Mesh 를통해 높이를 특정시켜야하는데 에칭하려는 요소요소 마다 Mesh를 또 다르게 줘야할까요?

      여기서 말씀드리는 에칭은 완전한 개구, 구멍으로 에칭하는것도있겠지만 그래핀에 국한되지않고 일부분 에칭을 말하는것도 포함이되어있습니다..

      너무 번잡합니다..
        Index monitor 상 그대로 시뮬레이션이 진행된다고 말씀해주셨는데
      Mesh override region중 구조에 Mesh를 덧씌우면 모니터가 왜 인식을 못하고 범위로 씌워야 인식을 할까요?
      범위로 씌우면 2D물질과 맞닿은 부분까지도 Mesh가 인위적으로 override 되기에 converengce testing시 변수사항이 너무나도 많습니다.
        예시로 높이에 대한 Mesh의 축을 1 nm로 override mesh하였습니다.
      바로 아래에 2D구조물이 하나 더 있다고 가정합시다. 그 구조물은 1nm 로 정의하면안되는것이라면, 그래핀의 Mesh에 의해 강제로 정의되지않았습니까?
      그러면 물성이 틀려셔서 원하는 시뮬레이션 결과를 얻기 힘들것같은데요...
        이렇게 질문드리면 Mesh override 하는 범위의 영역을 좁게하면되지않느냐 라고 반문이 나올수도있을것같은데요, 너무 좁게하면 Mesh override 자체가 안됩니다.
      여기서 너무 좁게라는 의미는 덮어씌우려는 높이보다 작은 범위로 씌우면 씌워지지 않습니다.(당연한 이야기일테지만요..) 그렇다고 설정하려는 높이보다 더 큰 범위로 잡자기
      바로 위에서 말씀드렸던 문제가 발생합니다.
        그리고 Mesh 를 씌워야한다면
      https://support.lumerical.com/hc/en-us/articles/360042244874-Graphene-surface-conductivity-material-model
      https://support.lumerical.com/hc/en-us/articles/360041622634
      위 두 Article 에서 기재해놓은 시뮬레이션 상 그래핀의 사용방식은 어떤 매커니즘으로 Mesh 를 사용하지않았을까요?
      Mesh를 사용하지않은 위 오피셜 예제는 신뢰할수없다는 의미인가요?
        아래는 인용된 문장입니다.
        Graphene surface conductivity material model : The graphene material model in FDTD and MODE allows graphene to be accurately simulated as a 2D material without the need for an extremely small mesh, resulting in much faster simulations.
        Tunable graphene metamaterial absorber : A 2D rectangle object is used to model the sheet, and there is no need to add a mesh override region over the graphene to resolve the thin layer.
        문제는 예제들 중에서도 Mesh를 사용한것도있고 안한것도 있고.... 그렇다는겁니다.
       
      답변이 굉장히 오랜만에 달려있어 기대감에 읽어서 그런지 두서없이 작성한 경향이 없지않아있습니다. 참고부탁드립니다.
        그외 답변주시지않은 질문에대한 답변 및 위 추가적인 코멘트에대한 소중한 답변기다리겠습니다.. 고맙습니다..
    • shchoi
      Subscriber
      문의하신 사항에 대하여 아래의 링크를 참고하시면 도움이 될 듯 합니다.

    • Yun
      Subscriber
      안녕하세요. Seunghwan님 답변주셔서 감사합니다.

      위 링크의 포스팅또한 제가 이전에 질문드렸던것입니다. 이전에 사용했던 계정인데 비밀번호를 찾을 수 없어서 새로운 계정으로 만든것입니다.

        그리고 링크걸어주신 이전 질문의 요지는 그래핀의 두가지 Material 값에 대한 database내에서의 설정 이슈 및 mesh order에 대한 이야기이며

      C (graphene) - Falkovsky (mid-IR) 모델은 3D 구조에 적용되는 물질값이고

      C(graphene) - broadband 모델은 2D 구조물에만 적용되는 값으므로

      Mesh order는 는 2D구조물을 우선시함으로 다른 디멘젼의 구조물을 혼용시 적용되는 Mesh order 적용원리는 알았습니다.

        하지만 위 링크는 제가 질문한것과 다른 내용임으로

      주요한 요지인 index monitor 및 Mesh override region 궁금증 관련 답변해주시면 감사하겠습니다.
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