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Tipo: Dissertação
Título: Plásmons em redes periódicas de nanofitas de grafeno e fosforeno
Autor(es): Miranda, José Orlando dos Santos
Orientador: Costa, Diego Rabelo da
Coorientador: Araújo, Francisco Ronan Viana
Palavras-chave em português: Plasmônica;Plásmon-poláriton de superfície;Grafeno;Fosforeno;Nanofitas
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA
Data do documento: 2023
Citação: MIRANDA, J. S. Plásmons em redes periódicas de nanofitas de grafeno e fosforeno. 96 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.
Resumo: A plasmônica moderna ganhou um interesse renovado na última década com o advento da síntese do grafeno em 2004 e, consequentemente, o surgimento de novos materiais bidimensionais nos anos seguintes, surgindo como uma ferramenta viável para manipulação da luz com a matéria e possuindo uma série de propriedades atraentes para novas aplicações tecnológias. Muitas das possíveis aplicações da plasmônica em grafeno se deve ao fato de que este quando dopado suporta plásmons-poláritons de superfície (SPP, ondas eletromagnéticas evanescentes acopladas às oscilações do plasma de elétrons livres, propagando-se ao longo da superfície de um condutor). Os SPPs não podem ser excitados por incidência de luz direta em um sistema homogêneo devido ao fato de que o momento de um poláriton de superfície é muito maior do que o da luz incidente com a mesma frequência. Outro material lamelar que tem chamado bastante atenção da comunidade científica, em virtude de suas propriedades anisotrópicas e por ser um semicondutor com gap de energia ajustável com relação ao número de camadas ou aplicação de campo elétrico externo, é o fosforeno. Como consequência da estrutura de bandas anisotrópica, o que leva a uma forte dependência angular na absorção de luz incidente, mostrou-se que a dispersão dos plásmons no fosforeno apresenta comportamentos diferentes dependentes da direção cristalográfica. Alguns dos mecanismos para se promover a excitação dos SPPs se baseiam no uso de redes de difração de Bragg ou na ondulação periódica da superfície do condutor. De forma similar, em grafeno, estudos recentes investigaram o espalhamento de radiação eletromagnética por padrões com grades metálicas no topo do grafeno como alternativa para excitar o SPP. Em adição, recentemente foi demonstrado que a modulação da condutividade óptica dá origem a um acoplamento da radiação eletromagnética de forma eficiente para SPPs em grafeno sem a necessidade de uma grade. Dentro deste contexto, no presente trabalho investigaremos o espalhamento da radiação eletromagnética incidindo sobre uma folha de um sistema bidimensional com condutividade modulada periodicamente e depositado em um substrato dielétrico. Analisaremos o acoplamento da radiação com os SPPs na forma de ondas de superfície do tipo Bloch para o caso específico de uma grade periódica de nanofitas de grafeno e de fosforeno, resolvendo o problema de espalhamento e calculando a transmitância, refletância e absorbância de ondas planas que incidem sobre o sistema.
Abstract: The modern plasmonics has gained renewed interest in the last decade with the advent of graphene synthesis in 2004 and, consequently, the emergence of new two-dimensional mate rials in the following years. It has become a viable tool for manipulating light with matter, possessing a range of attractive properties for new technological applications. Many potential applications of plasmonics in graphene are attributed to the fact that when doped, it supports surface plasmon-polaritons (SPPs)—electromagnetic waves coupled to the oscillations of free electrons plasma—propagating along the surface of a conductor. SPPs cannot be excited by direct light incidence in a homogeneous system due to the surface polariton’s momentum being much larger than that of incident light at the same frequency. Another lamellar material that has drawn considerable attention from the scientific community, due to its anisotropic properties and being a semiconductor with an adjustable energy gap concerning the number of layers or application of an external electric field, is phosphorene. As a consequence of its anisotropic band structure, leading to a strong angular dependence on incident light absorption, it has been shown that the dispersion of plasmons in phosphorene exhibits direction-dependent behaviors. Some mechanisms for promoting SPP excitation involve the use of Bragg diffraction gratings or periodic surface ripple on the conductor. Similarly, in graphene, recent studies have investigated electromagnetic radiation scattering by metallic grating patterns on top of graphene as an alter native method to excite SPP. Additionally, it has recently been demonstrated that modulating optical conductivity efficiently leads to electromagnetic radiation coupling with SPPs in graphene without the need for a grating. In this context, the present work investigates the scattering of electromagnetic radiation incident on a two-dimensional system with periodically modulated conductivity deposited on a dielectric substrate. We analyze the radiation coupling with SPPs in the form of Bloch surface waves for the specific case of a periodic array of graphene nanoribbons and phosphorene, solving the scattering problem and calculating the transmittance, reflectance, and absorbance of plane waves incident on the system.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/75893
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
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