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Aproveitando as propriedades únicas dos materiais 2D para dispositivos ópticos de alta velocidade

Processo: 18/08988-9
Modalidade de apoio:Auxílio à Pesquisa - Regular
Vigência: 01 de outubro de 2018 - 31 de julho de 2022
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:Hugo Luis Fragnito
Beneficiário:Hugo Luis Fragnito
Pesq. responsável no exterior: Michael Scott Belsley
Instituição no exterior: Universidade do Minho (UMinho), Portugal
Instituição Sede: Instituto de Física Gleb Wataghin (IFGW). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
Pesquisadores associados:DUNIESKYS ROBERTO GONZALEZ LARRUDE ; Eunezio Antonio de Souza ; Lázaro Aurélio Padilha Junior ; Lúcia Akemi Miyazato Saito
Auxílios(s) vinculado(s):22/08281-8 - The Latin America Optics and Photonics Conference (LAOP) 2022, AR.BR
Bolsa(s) vinculada(s):20/06956-2 - Óptica não linear ultrarrápida em materiais 2D, BP.PD
Assunto(s):Óptica não linear  Fotônica 
Palavra(s)-Chave do Pesquisador:fenômenos ultrarrápidos | materiais 2D | Óptica Não Linear | fotonica

Resumo

Graças às suas singulares propriedades eletrônicas e estruturais, os cristais 2D (2DX) apresentam uma resposta ótica não-linear extraordinariamente grande e ultrarrápida. De entre os já estudados, a variedade de estruturas eletrônicas é grande desde o Grafeno com uma relação de dispersão linear e sem hiato no espectro de energia, a materiais onde o hiato pode ser variado como o fosforeno ou os dicalcogenetos de metais de transição (TMDC), ou ainda o isolador Nitrato de Boro (BN). Este conjunto de materiais oferece um amplo leque de escolhas para o design de dispositivos óticos e, em particular, podem vir a ser essenciais no desenvolvimento de dispositivos all-optical, com ganhos em velocidade, largura de banda e consumo de energia quando comparados com sistemas híbridos eletro-óticos.Este projeto centra-se no estudo de vários 2DXs com singulares propriedades óticas. A reduzida permissividade efetiva 2D e as elevadas massas dos portadores, peculiar a sistemas 2D, permite excitões robustos com grandes energias de ligação, resultando em respostas não-lineares invulgarmente grandes. Outra vantagem dos 2DXs ultrafinos no desenho de dispositivos é não necessidade de observar condições de acordo de fase.Outra via de investigação é a fabricação de heteroestruturas verticais (HV) otimizadas para aplicações concretas, combinando 2DXs cuidadosamente escolhidos com propriedades não disponíveis nos 2DXs isolados. Por exemplo, combinando os TMDCs MoS2 e WS2 resulta numa HV do tipo II com hiatos intercalados dando origem a excitões interfaciais localizados; uma camada isolante de h-BN entre os dois TMDCs controla o acoplamento eletrônico e as taxas de transferência dos portadores.Para melhor compreender a contribuição das ressonâncias excitónicas e dos mecanismos de relaxamento anisotrópico para a suscetibilidade não linear, bem como a física dos processos de transferência de estados excitados e de carga, usaremos uma variedade de técnicas de óticas não lineares, como mistura de quatro ondas transiente, espectroscopias de polarização e pump-probe ultrarrápida O trabalho experimental será também complementado e guiado por modelização teórica das estruturas eletrónicas e da dinâmica de portadores nos vários 2DXs em estudo. A compreensão da física envolvida na dinâmica ultrarrápida e na elevada resposta ótica não linear desses materiais é um ingrediente essencial para melhorar o desenho de dispositivos tais como comutadores e modeladores all-optical, ou absorvedores saturados.Um exemplo concreto de um destes dispositivos, baseado em mistura degenerada de 4 ondas em fosforeno, está já em desenvolvimento por um dos grupos participantes. Outros protótipos a ser desenvolvidos baseados em HVs, incluem absorvedores não-lineares rápidos que, tirando partida da dinâmica dos excitões, permitirão controlar o tempo de subida e o limite de saturação. Interruptores ultrarrápidos de polarização fabricados com 2DXs com forte acoplamento spin-órbita é outra opção. (AU)

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Publicações científicas (10)
(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)
GARCIA-BASABE, YUNIER; PARRA, GUSTAVO G.; BARIONI, MARINA B.; MENDOZA, CESAR D.; VICENTIN, FLAVIO C.; LARRUDE, DUNIESKYS G.. Species selective charge transfer dynamics in a P3HT/MoS2 van der Waals heterojunction: fluorescence lifetime microscopy and core hole clock spectroscopy approaches. Physical Chemistry Chemical Physics, v. 21, n. 42, p. 23521-23532, . (12/50259-8, 18/08988-9)
PORTES, ARY V. R.; MARTINS, ANA J. L.; GUERRERO, JESUS ALVAREZ; CARVALHO, MAURICIO M.; AMAYA-FERNANDEZ, FERNEY O.; SAITO, LUCIA A. M.; RAMIREZ, JHONATTAN C.. Electro-Optical Biosensor Based on Embedded Double-Monolayer of Graphene Capacitor in Polymer Technology. POLYMERS, v. 13, n. 20, p. 12-pg., . (18/08988-9)
CAMACHO, W. A.; DE CARVALHO, M. M.; RAMIREZ, J. C.; DE SOUZA, E. A. THOROH; SAITO, L. A. M.. Adaptive PAM-4/PAM-8 graphene-based electro-optical modulator integrated into a polymer waveguide platform for data-center communication. OPTICS AND LASER TECHNOLOGY, v. 157, p. 6-pg., . (12/50259-8, 18/08988-9, 15/11779-4)
LONDONO-GIRALDO, DANIEL FELIPE; THOROH DE SOUZA, EUNEZIO ANTONIO; FRAGNITO, HUGO LUIS. Optimization of Graphene on D-Fiber Saturable Absorbers. Journal of Lightwave Technology, v. 40, n. 18, p. 8-pg., . (19/16793-6, 18/08988-9)
GARCIA-BASABE, YUNIER; GORDO, VANESSA ORSI; DAMINELLI, LARA M.; MENDOZA, CESAR D.; VICENTIN, FLAVIO C.; MATUSALEM, FILIPE; ROCHA, ALEXANDRE R.; DE MATOS, CHRISTIANO J. S.; LARRUDE, DUNIESKYS G.. Interfacial electronic coupling and band alignment of P3HT and exfoliated black phosphorous van der Waals heterojunctions. Applied Surface Science, v. 541, . (18/08988-9, 15/11779-4, 17/02317-2)
STEINBERG, DAVID; ZAPATA, JUAN D.; NASCIMENTO, REGIANE; ROSA, HENRIQUE G.; SAITO, LUCIA A. M.; DE SOUZA, EUNEZIO A. THOROH. Mode-locked erbium-doped fiber laser based on a mechanically exfoliated ReS2 saturable absorber onto D-shaped optical fiber. OPTICAL MATERIALS EXPRESS, v. 12, n. 4, p. 13-pg., . (16/25836-2, 17/14705-7, 18/08988-9, 12/50259-8, 15/11779-4)
GIL-MOLINA, A.; CASTANEDA, J. A.; LONDONO-GIRALDO, D. F.; GABRIELLI, L. H.; CARDENAS, A. M.; FRAGNITO, H. L.. High-order dispersion mapping of an optical fiber. Optics Express, v. 28, n. 3, p. 4258-4273, . (12/50259-8, 15/11779-4, 19/16793-6, 17/16151-9, 18/08988-9)
GARCIA-BASABE, YUNIER; STEINBERG, DAVID; DAMINELLI, LARA M.; MENDOZA, CESAR D.; DE SOUZA, E. A. THOROH; VICENTIN, FLAVIO C.; G. LARRUDE, DUNIESKYS. Charge-transfer dynamics in van der Waals heterojunctions formed by thiophene-based semiconductor polymers and exfoliated franckeite investigated from resonantly core-excited electrons. Physical Chemistry Chemical Physics, v. 23, n. 31, . (18/08988-9)
SOUSA, CLAUDEVAN A.; BONATO, LUIZ G.; GONCALVES, EDUARDO S.; ALO, ARTHUR; VALE, BRENER R. C.; ALMEIDA, DIOGO B.; NOGUEIRA, ANA F.; ZAGONEL, LUIZ F.; PADILHA, LAZARO A.. Addressing the Magnitude of the Nonlinear Refraction Response in Perovskite Nanocrystals. ACS PHOTONICS, v. 10, n. 5, p. 7-pg., . (17/11986-5, 20/06956-2, 22/06267-8, 18/15574-6, 21/13262-0, 18/08988-9, 20/16077-6, 19/22576-8, 21/06893-3, 18/25339-4)
DE SOUZA, E. A. THOROH; STEINBERG, DAVID; SAITO, LUCIA A. M.; ROSA, HENRIQUE G.; ZAPATA, JUAN D.; DE MATOS, CHRISTIANO J. S.; FRAGNITO, HUGO L.; CRUZ, CARLOS H. BRITO. Ultrashort pulse generation in erbium-doped fiber lasers in South America: a historical review. JOURNAL OF THE OPTICAL SOCIETY OF AMERICA B-OPTICAL PHYSICS, v. 40, n. 4, p. 29-pg., . (12/50259-8, 18/08988-9)

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