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Biodetecção plasmônica no infra-vermelho médio e longínquo usando grafeno

Processo: 18/07276-5
Linha de fomento:Auxílio à Pesquisa - Regular
Vigência: 01 de outubro de 2018 - 30 de setembro de 2021
Área do conhecimento:Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
Convênio/Acordo: Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT)
Pesquisador responsável:Christiano José Santiago de Matos
Beneficiário:Christiano José Santiago de Matos
Pesq. responsável no exterior: Nuno Miguel Machado Reis Peres
Instituição no exterior: Universidade do Minho (UMinho), Portugal
Instituição-sede: Centro de Pesquisas Avançadas em Grafeno, Nanomateriais e Nanotecnologia (MackGrafe). Universidade Presbiteriana Mackenzie (UPM). Instituto Presbiteriano Mackenzie. São Paulo , SP, Brasil
Pesq. associados:Dario Andres Bahamon Ardila
Bolsa(s) vinculada(s):20/04374-6 - Fabricação e caracterização de guias de ondas para o infravermelho médio com matrizes de nanofitas de grafeno, BP.PD
Assunto(s):Plasmônica  Fotônica  Nanofotônica  Sensores  Grafenos 

Resumo

Este projeto propõe desenvolver uma nova técnica espectroscópica baseada em efeitos plasmónicos sintonizáveis no grafeno, mediante a exploração da interação dependente da polarização de pequenas biomoléculas com a radiação de terahertz (THz). O grafeno fornece uma plataforma ideal para a intensificação da interação entre a luz e a matéria, devido à sua excelente resposta plasmónica na gama do infravermelho médio e longínquo. Além disso, esta resposta é sintonizável em tempo real, mediante a aplicação de uma tensão de porta. Algumas das características estruturais dos péptidos que determinam a sua funcionalidade bioquímica poderão ser elucidadas por espectroscopia dependente da polarização na gama dos THz, tal como se descreve num estudo computacional recente, onde se observa que a espectroscopia de THz quiro-ótica ainda não foi comprovada experimentalmente. O caracter inovadordeste projeto é, assim, o de desenvolver dispositivos que realizem esta técnica experimental de análise molecular.Duas arquiteturas serão implementadas para a intensificação da interação luz-matéria entre grafeno e biomoléculas. Numa delas, fitas de grafeno de largura micrométrica, gravadas por litografia ótica, constituem o meio plasmónico ativo. A segunda abordagem consiste na transferência duma folha de grafeno contínuo para cima de uma rede de difração de contraste dielétrico obtido pela alternância de linhas de SiO2 e Al2O3 sobre uma bolacha de silício intrínseco. Ambas as arquiteturas são baseadas em simulações teóricas desenvolvidas pelos membros da equipa, que publicaram recentemente resultados gerais num livro sobre a plasmónica do grafeno. As arquiteturas dosdispositivos são modelizadas por cálculos eletrodinâmicos, mais rápidos e produzindo melhores resultados do quea habitual integração das equações de Maxwell no domínio temporal. A alta sensibilidade dos métodos de deteção de superfície, incluindo a plasmónica de metais nobres convencional, torna-os particularmente vantajosos para analisar pequenas quantidades de biomoléculas. As propriedades únicas de acoplamento eletromagnético das excitações moleculares aos plasmões de superfície no grafeno abrem caminho à extensão do poder de análise destes sensores para além do estado da arte, em medidas feitas sem marcadores. A sintonização em tempo real das ressonâncias plasmónicas no grafeno permitirá a deteção espectroscópica, específica, de biomoléculas na presença do solvente e de outros sinais de fundo. Esta especificidade será assistida pelos efeitos estruturais, e.g., quirais, observáveis em medições dependentes da polarização. A especificidade e conteúdo de informação fornecidos por essas medidas serão ampliados pela excitação com radiação de elevada intensidade e sintonizável numa banda larga de THz, produzida pelo método de duas cores em plasma de ar, e pelas medidas de bombeamento-sondagem com resolução temporal possibilitadas pela fonte e pelo espectrómetro de THz desenvolvidos neste projeto. (AU)

Matéria(s) publicada(s) na Agência FAPESP sobre o auxílio:
Pós-doutorado em materiais bidimensionais no Mackenzie 
Pós-doutorado em Fotônica com Bolsa da FAPESP 

Publicações científicas (4)
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
BAHAMON, DARIO A.; GOMEZ-SANTOS, G.; STAUBER, T. Emergent magnetic texture in driven twisted bilayer graphene. NANOSCALE, v. 12, n. 28, p. 15383-15392, JUL 28 2020. Citações Web of Science: 0.
BARCELOS, INGRID D.; BECHTEL, HANS A.; DE MATOS, CHRISTIANO J. S.; BAHAMON, DARIO A.; KAESTNER, BERND; MAIA, FRANCISCO C. B.; FREITAS, RAUL O. Probing Polaritons in 2D Materials with Synchrotron Infrared Nanospectroscopy. ADVANCED OPTICAL MATERIALS, v. 8, n. 5, SI DEC 2019. Citações Web of Science: 1.
FERES, FLAVIO H.; BARCELOS, INGRID D.; MAYER, RAFAEL A.; DOS SANTOS, THIAGO M.; FREITAS, RAUL O.; RASCHKE, MARKUS B.; BAHAMON, DARIO A.; MAIA, FRANCISCO C. B. Dipole modelling for a robust description of subdiffractional polariton waves. NANOSCALE, v. 11, n. 44, p. 21218-21226, NOV 28 2019. Citações Web of Science: 0.
TORRES, V; SILVA, P.; DE SOUZA, E. A. T.; SILVA, L. A.; BAHAMON, D. A. Valley notch filter in a graphene strain superlattice: Green's function and machine learning approach. Physical Review B, v. 100, n. 20 NOV 11 2019. Citações Web of Science: 0.

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