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Type: Dissertação
Title: Plásmons de superfície localizados em uma folha de grafeno com uma deformação gaussiana
Authors: Rodrigues, Macário Vitório Mota
Advisor: Costa, Diego Rabelo da
Co-advisor: Chaves, André Jorge Carvalho
Keywords in Brazilian Portuguese : Plasmons de superfície localizados;Grafeno;Deformação
Keywords in English : Localized surface plasmons;Graphene;Deformation
Issue Date: 2023
Citation: RODRIGUES, Macário Vitório Mota. Plásmons de superfície localizados em uma folha de grafeno com uma deformação gaussiana. 102f. Dissertação (Mestrado em Física) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.
Abstract in Brazilian Portuguese: Devido à estrutura eletrônica única e espessura atômica intrínseca, o grafeno é considerado um excelente material plasmônico e, consequentemente, um componente promissor para aplicações tecnológicas polaritônicas relacionadas as interações luz-matéria em nanoescala. Plasmons em grafeno apresentam grandes vantagens, quando comparadas com materiais plasmônicos metálicos 3D padrão, (i) suportando plasmons de superfície fortemente confinados em infravermelho médio e na faixa espectral de THz, (ii) exibindo uma frequência sintonizável de ressonâncias de plasmons através do controle do nível de Fermi por meio de dopagem química ou \textit{gating} eletrostático, e (iii) possuindo uma propagação com uma baixa perda, ou seja, sendo plasmons com tempo de vida longo. Divide-se as excitações plasmônicas em plasmons de superfície localizados e plasmons-poláritons de superfície, caso o modo polaritônico seja uma onda de superfície localizada ou uma onda de superfície propagante, sendo a primeira excitada por iluminação de luz direta e usada para concentrar o campo eletromagnético em certas regiões estreitas. Estudos sobre modos plasmônicos localizados têm sido reportados em nanoestruturas de grafeno com diferentes geometrias e arranjos, isolados ou associados em arranjos periódicos (\textit{grating}), como fitas, discos e anéis. Uma rota alternativa para potencializar ou atenuar as ondas superficiais é a presença de rugosidade na superfície, o que dificilmente é inevitável em qualquer processo experimental de crescimento/preparação em sólidos. A este respeito, vários trabalhos nas décadas de 80 e 90 centraram a sua atenção no sentido de examinar as consequências de superfícies rugosas/onduladas nas propriedades polaritônicas das ondas localizadas e propagantes. Eles observaram que tais modos estão espacialmente localizados na vizinhança dos defeitos (protuberância/ranhura/saliência, indentação/cunha) e que as frequências desses modos e as distribuições dos campos associadas a eles dependem da forma e das dimensões do defeito. Neste contexto, investigamos neste trabalho as consequências no espectro de plasmons-poláritons do grafeno considerando uma folha de grafeno corrugada. Dentro da aproximação eletrostática, nossa abordagem teórica nos permite considerar diferentes formas de superfícies rugosas com perfis unidimensionais ou bidimensionais. Assumimos que a folha de grafeno é corrugada para formar uma ranhura Gaussiana unidimensional localizada na interface entre o vácuo e um substrato dielétrico. Resultados para a relação de dispersão e o comportamento dos campos elétrico e magnético para diferentes parâmetros geométricos são discutidos e comparados com os modos de plasmons-poláritons de grafeno planar.
Abstract: Due to the unique electronic structure and intrinsic atomic thickness, graphene is considered an excellent plasmonic material and, consequently, a promising component for technological polaritonic applications related to light-matter interactions at the nanoscale. Plasmons in graphene present great advantages, when compared with standard 3D metallic plasmonic materials, (i) supporting strongly confined surface plasmons in mid-IR and in the THz spectral range, (ii) exhibiting a tunable frequency of plasmon resonances by controlling its Fermi level by means of chemical doping or electrostatic gating, and (iii) possessing a roughly low-loss propagation, i.e. being long-lived plasmons. One divides the plasmonic excitations into localized surface plasmons and surface plasmon polaritons, whether the polaritonic mode is a localized or a propagating surface wave, being the former excited by direct light illumination and used to concentrate the electromagnetic field in certain narrow regions. Studies concerning localized plasmonic modes have been reported in graphene nanostructures with different geometries and arrangements, isolated or partnered in periodic arrays (grating), such as ribbons, disks, and rings. An alternative route to enhance or attenuate the surface waves is the presence of roughness on the surface, which is hardly inevitable in any experimental growing/preparation process in solids. In this regard, several works in the 80s and 90s focused their attention in order to examine the consequences of rough/corrugated surfaces on the polaritonic properties of the localized and propagating waves. They observed that such modes are spatially localized in the vicinity of the defects (protuberance/groove/bump, indentation/wedge) and that the frequencies of these modes and the field distributions associated with them depend on the shape and dimensions of the defect. In this context, we investigate in this work the consequences of the spectrum of plasmon-polaritons in graphene by considering a corrugated graphene sheet. Within the electrostatic approximation, our theoretical approach allows us to consider different shapes of rough surfaces, with one-dimensional or two-dimensional profiles. We assume that the graphene sheet is corrugated to form a Gaussian one-dimensional groove localized in the interface between the vacuum and a dielectric substrate. Results for the dispersion relation and the behavior of the electric and magnetic fields for different geometric parameters are discussed and compared with planar graphene plasmon-polariton modes.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/81466
Access Rights: Acesso Aberto
Appears in Collections:DFI - Dissertações defendidas na UFC

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