Espectroscopia óptica não-linear em materiais bidimensionais e em heteroestruturas verticais de van der Waals

Resumo

Nanomateriais atomicamente finos apresentam altas susceptibilidades ópticas de segunda e terceira ordens. Tais propriedades ópticas são principalmente devidas à baixa dimensionalidade, o que promove altas energias de ligação e torna possível a existência de estados excitônicos em temperaturas ambientes. Desta maneira, técnicas espectroscópicas de óptica não-linear são importantes na investigação de propriedades eletrônicas e excitônicas nestes materiais, ao passo que o controle dos níveis excitônicos e energéticos do material, tanto através da variação do ambiente dielétrico quanto da variação do número de camadas, tem fundamental influência em sua resposta óptica. Neste projeto propomos a investigação das propriedades eletrônicas e excitônicas de nanomateriais bidimensionais e suas heteroestruturas com o uso de microscopia multifóton em, sobretudo, três tipos de materiais: a) franqueíta, um material bidimensional obtido naturalmente e cujo potencial para geração de terceiro harmônico já foi preliminarmente demonstrado; b) nitreto de boro hexagonal, cujas propriedades excitônicas já estudadas demonstram grande potencial para geração de harmônicos abaixo dos 400 nm; c) heteroestruturas verticais de van der Waals, formadas por monocamadas de dicalcogenetos de metais de transição, estruturas nas quais a presença de éxcitons intercamadas pode ser controlada e explorada para geração ressonante de harmônicos no visível e no infravermelho próximo. Nossos objetivos são melhor compreender a dinâmica dos éxcitons e sua influência nas propriedades ópticas de nanomateriais bidimensionais; determinar quais os materiais mais adequados a determinadas aplicações para aprimorar a eficiência de conversão óptica e mistura de ondas em dispositivos fotônicos e optoeletrônico; e estabelecer como modificar propriedades ópticas não-lineares ao empilhar estes materiais formando heteroestruturas verticais complexas. (AU)