Desenvolvimento de fontes de pulsos ultracurtos no ultravioleta de vácuo e terahertz para espectroscopia de materiais avançados

• Processo: 22/03035-9
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Projeto Inicial
• Data de Início da vigência: 01 de fevereiro de 2023
• Data de Término da vigência: 31 de janeiro de 2027
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
• Pesquisador responsável: Jonathas de Paula Siqueira
• Beneficiário: Jonathas de Paula Siqueira
• Instituição Sede: Instituto de Física Gleb Wataghin (IFGW). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Município da Instituição Sede: Campinas
• Pesquisadores associados: Flavio Caldas da Cruz
• Bolsa(s) vinculada(s): 25/01256-6 - Projeto, Usinagem e Teste de uma Câmara de Vácuo para Espectroscopia Terahertz., BP.IC; 25/00065-2 - Espectroscopia terahertz ultrarrápida aplicada ao estudo das propriedades de transporte em semicondutores bulk e nanométricos, BP.MS; 24/07460-1 - Espectroscopia terahertz ultrarrápida de materiais avançados, BP.DR; 24/08414-3 - Caracterização de pulsos de femtossegundos no infravermelho próximo pela técnica Frequency Resolved Optical Gating., BP.IC; 24/00369-9 - Geração de e pulsos ultracurtos no ultravioleta de vácuo para espectroscopias e microscopias de fotoemissão., BP.MS
• Assunto(s): Óptica não linear Espectroscopia Lasers de femtossegundos Espectroscopia terahertz Raios ultravioleta Materiais avançados Fótons
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Espectroscopia | fotoemissão | Lasers de femtossegundos | Óptica Não Linear | Terahertz | Ultravioleta de vácuo | Óptica ultrarrápida

Resumo

Esta proposta visa o desenvolvimento de fontes com alto fluxo de fótons de radiação coerente no ultravioleta de vácuo (6 a 20 eV) e terahertz de banda ultralarga (0.1 a 25 THz / 0.4 a 100 meV) em escala laboratorial utilizando lasers de femtossegundos. O desenvolvimento desta fonte de ultravioleta de vácuo coerente constitui o primeiro passo na direção da construção de uma linha de luz em escala de laboratório com parâmetros otimizados para técnica de Emissão de Fotoelétrons Resolvida em Ângulo (ARPES - Angle Resolved Photoelctron Spectroscopy). Uma fonte de pulsos ultracurtos THz com banda ultralarga será desenvolvida paralelamente e aplicada à implementação da técnica de espectroscopia terahertz no domínio do tempo (THz-TDS - Terahertz Time Domain Spectroscopy) para espectroscopia THz em estado estacionário e resolvida no tempo de materiais avançados.A fonte VUV em alta taxa de repetição (~ 1 MHz) proposta neste projeto fornecerá um fluxo de fótons comparável a fontes síncrotron na faixa de 6 - 20 eV em um aparato experimental de escala de laboratórios de pequeno porte com a capacidade adicional de medidas resolvidas no tempo na técnica ARPES. A natureza ultracurta intrínseca desta fonte VUV (~ 100 fs) permitirá a caracterização da estrutura de banda de materiais avançados tanto no equilíbrio termodinâmico quanto de estados acima da energia de Fermi utilizando uma configuração pump-probe. A técnica THz-TDS de banda ultralarga de estado estacionário e resolvida no tempo permitirá a caracterização espectral completa das constantes ópticas complexas (parte real e complexa) de materiais emergentes fornecendo assim informações essenciais de quasipartículas de baixa energia (fônons, éxcitons, pólarons, magnons, gap supercondutor, gap de hibridização em férmions pesados, etc. ) e a dinâmica dos portadores de carga em seus estados de equilíbrio e fotoexcitados (fotocondutividade) em sistemas semicondutores massivos ou em nanoescala.Portanto, as fontes ultrarrápidas de VUV e THz a serem desenvolvidas neste projeto abrirão uma nova janela de observação das interações que dão origem a propriedades não convencionais de sistemas quânticos complexos e dos mecanismos de transporte de carga em materiais semicondutores de interesse em pesquisas de energia renovável e eletrônica/optoeletrônica. (AU)