Efeito de cavidade de Fônons-Polaritons em heteroestruturas bidimensionais de Grafeno-Nitreto de boro hexagonal

Resumo

A interação luz-matéria em cristais fotônicos bidimensionais (2D) ocorre, primordialmente, por meio de quasi-partículas, com comprimento de onda sub-difracional, associadas a uma ressonância do material, os poláritons. Estudaremos plasmon-polaritons de grafeno (G), fônon-poláritons de cristais 2D de nitreto de boro hexagonal (hBN) e a hibridização plasmon-fônon-poláritons em heteroestruturas G-hBN empilhadas com n camadas, (G-hBN)n. A investigação será feita com a técnica de nano-FTIR que usa um microscópio de campo próximo e é, conceitualmente, relacionada à técnica Scattering-Scanning Near Field Optical Microscopy (sSNOM). No nosso experimento de nano-FTIR, a radiação infravermelha de banda-larga da Linha de Nanoespectrocopia de Infravermelho do Laboratório de Luz Síncrotron (LNLS) incide em uma ponta (similar a de um microscópio de força atômica, em geral, com raio ~ 25nm) com cobertura metálica do microscópio de campo próximo. Como resultado, surge um campo óptico evanescente confinado na ponta que a transforma em fonte de excitação luminosa e sonda com resolução espacial de 25 nm. Esse campo óptico da ponta excitará e investigará as ondas polaritônicas. Recentemente, demonstrou-se que os poláritons híbridos na heteroestrutura simples G-hBN, resultantes da interação entre plásmons-poláritons do grafeno e fônon-polaritons hiperbólicos do hBN, podem ser controlados em amplitude e comprimento de onda por meio de arquitetura adequada e do tipo de substrato (metálico ou dielétrico). Na heteroestrutura multicamada (G-hBN)n, prevemos maior aumento de amplitude desses modos híbridos devido à soma (e, possivelmente, interferência entre eles) para cada camada. O controle de polarização será obtido pela escolha do substrato: substrato metálico privilegia modos ortogonais ao plano basal do cristal de hBN, enquanto que modos polarizados paralelamente ao plano basal são favorecidos por substratos dielétricos. Esse estudo produzirá a primeira dissertação de mestrado em nano-FTIR e apresenta impacto direto no entendimento da Nanofotônica de heteroestruturas 2D. (AU)