Interação entre átomos e metamateriais: efeito Purcell e teoria de meios efetivos

Resumo

Esta proposta tem a finalidade de investigar analítica e numericamente a interação entre átomos e plasmons de superfície ou ondas evanescentes nas vizinhanças de metamateriais hiperbólicos e nanopartículas. Tais metamateriais, assim chamados por possuírem relação de dispersão hiperbólica, mesclam propriedades de cristais fotônicos e de meios efetivos, sendo construídos por epitaxia de múltiplas camadas plasmônicas e dielétricas. Como a taxa de emissão espontânea de radiação de _átomos e moléculas é influenciada pelo meio circundante, no chamado "efeito Purcell", as nanoestruturas plasmônicas têm sido usadas extensivamente em modelos teóricos a fim de fornecerem propostas viáveis de como controlar a taxa de emissão espontânea na região do visível, amplificando ou suprimindo a correspondente eficiência radiativa do átomo. Do ponto de vista experimental, apenas recentemente se conseguiu controlar de forma eficiente afluorescência de átomos frios mediante o acoplamento com plasmons numa superfície metálica, pavimentando, assim, uma nova via de aplicações a ser explorada com o uso de metamateriais nanoestruturados. A vantagem de se empregar metamateriais e arranjos de nanopartículas encontra-se na tunabilidade dos modos de excitações de plasmons de superfície, os quais dominam, em grande parte, o processo de decaimento não radiativo do átomo no campo próximo. Isso nos permite explorar, via excitações plasmônicas e ressonâncias de Fano em nanoestruturas, os efeitos mensuráveis no campo distante oriundos da interação entre um átomo e um ambiente plasmônicas modulável com vistas a aplicações tecnológicas, tais como sensores quânticos de alta sensibilidade. (AU)