Kajian teoretis sifat-sifat elektromagnetik material dielektrik komposit dengan polariton fonon

KURNIAWIDI, Dian Wijaya, Dr. Kamsul Abraha

2006 | Tesis | S2 Ilmu Fisika

Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan relasi dispersi polariton fonon dalam material dielektrik komposit Ag-KCl bergeometri semi-takhingga dengan menggunakan berbagai model permitivitas efektif "eff . Selain dilakukan variasi model permitivitas juga dilakukan variasi nilai faktor pengisi (filling factor) f pada masing-masing model untuk mengetahui keefektifan model permitivitas campuran. Di samping itu, juga dilakukan penerapan constraint Wiener sebagai persyaratan distribusi statistik pada semua model "eff yang digunakan. Relasi dispersi dapat diperoleh melalui penyelesaian persamaan rotasi medan ~E pada persamaan Maxwell baik di dalam medium maupun di dalam vakum, dan penyelesaian persamaan gelombang medan ~E . Pensubtitusikan medan ~E (dan juga ~H ) yang diperoleh ke persamaan gelombang dan penerapan kendala untuk medan ~E (dan juga ~H ) akan menghasilkan tetapan peluruhan di dalam medium dan tetapan peluruhan di dalam vakum yang secara tersirat menunjukkan keterkaitan antara ! dan ~k; menunjukkan relasi dispersi. Variasi model permitivitas efektif "eff menunjukkan bahwa telah diperoleh relasi dispersi polariton fonon yang bersifat resiprokal, !(~k) = !(−~k). Adanya kendala untuk nilai permitivitas efektif komposit menyebabkan berkurangnya mode polariton permukaan yang terdeteksi pada relasi dispersi. Secara umum, permitivitas efektif pada semua model sangat dipengaruhi oleh nilai filling factor f. Tanpa kendala, nilai reflektivitas R optimum terjadi pada f = 0, 1 untuk model Polder Van Santen dan model Wagner, sedangkan untuk model Birchak terjadi pada f = 0, 3, dan untuk model Maxwell-Garnet terjadi pada f = 0, 5. Dengan menggunakan kendala Wiener, nilai reflektivitas R optimum terjadi pada f = 0, 5 untuk seluruh model permitivitas. Dengan teknik spektroskopi Attenuated Total Reflection (ATR) diketahui bahwa spektrum yang diperoleh cocok dengan relasi dispersi dalam sistem terkait.

The purpose of this research is to derive the phonon polariton dispersion relations of dielectric composites Ag-KCl with various models for the effective permittivity "eff and varieties of filling factor f for each model in order to know which one of the models is more effective. Moreover, the true value of the effective permittivity should in fact, lie between the extreme values of permittivity "eff , hence it is constrained by an inequalities suggested by Wiener. Derivation of the dispersion relations is done by choosing electric field ~E suitable for the material with associated Maxwell equations. Substitution of ~E fields and ~H fields into the wave differential equation and application of the appropriate boundary conditions will finally lead to the dispersion relations. A choice of effective permittivity "eff shows that the phonon polariton dispersion relation in the dielectric composites Ag-KCl is reciprocal, !(~k) = !(−~k). The constraint applied to the effective permittivity in dielectric composite lead to the surface polaritons detected on dispersion relations that are not as many as the surface polaritons without the constraint. Generally for all the models, effective permittivity "eff depends on the filling factor f. Without the constraint the reflectivity for Polder Van Santen and Wagner models will be optimum when f = 0, 1, and for the Birchak model when f = 0, 3 and for the Maxwell Garnett model when f = 0, 5. By using the Wiener constraint the optimum reflectivity R is achieved when f = 0, 5 for all models. By using attenuated total reflection (ATR), surface modes are also verified in its spectra, which are in agreement with the related dispersion relations.

Kata Kunci : Polariton Permukaan,Dielektrik Komposit,Permitivitas Efektif, composite dielectrics, surface polariton, effective permittivity