Nanofotônica de óxidos semicondutores de baixa dimensionalidade nas faixas de infravermelho e terahertz

• Processo: 20/15740-3
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de agosto de 2021
• Data de Término da vigência: 31 de janeiro de 2026
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
• Pesquisador responsável: Raul de Oliveira Freitas
• Beneficiário: Rafael Alves Mayer
• Instituição Sede: Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM). Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (Brasil). Campinas , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 19/14017-9 - De ondas de éxcitons a THz-fônons: a nano-óptica de materiais 2Ds via nanoespectroscopia de infravermelho síncrotron, AP.JP
• Bolsa(s) vinculada(s): 22/06709-0 - Revelando magentoplasmon polaritons em grafeno com THz s-SNOM em condições extremas, BE.EP.DR
• Assunto(s): Nanofotônica Óxidos semicondutores Infravermelho Radiação Terahertz Litografia Tecnologia de feixe de elétrons Guias de onda Simulação numérica Microscopia óptica Polaritons
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: materiais quânticos | óxidos semicondutores | Polaritons | síncrotron | s-SNOM | Terahertz | Nafotônica

Resumo

Semicondutores nano-estruturados representam um dos avanços mais relevantes da Ciência possuindo aplicações em diversas áreas da indústria. No entanto, empregá-los no desenvolvimento de dispositivos nanofotônicos ainda é um desafio. Em contra partida, os materiais bidimensionais, como o grafeno e outros, têm se revelado plataformas excepcionais para o confinamento da luz na nanoescala. Através do acoplamento da luz com ressonâncias fundamentais da matéria, modos híbridos de luz e polarização, denominados poláritons, podem ser confinados muito aquém do limite da difração. Recentemente, os Óxidos Semicondutores (OS) se apresentaram como materiais promissores, demonstrando propriedades polaritônicas exóticas, como propagação anisotrópica no plano, dispersão quimicamente ajustável e atividade nas faixas do infravermelho médio (Mid-IR) ao Terahertz (THz). Apesar dos recentes avanços, ainda existe uma diversidade de OS nano-estruturados que podem ser explorados. Neste projeto iremos estudar as propriedades polaritônicas de OS tais como, h-MoO3, TeO2, e SnO2, projetados e fabricados, por litografia de feixe de elétrons (e-beam), para atuarem como nanoressonadores e guias de onda. Simulações numéricas darão suporte para o projeto das nano-estruturas ressonantes para que sejam fabricadas de forma otimizadas. Através da microscopia óptica de campo próximo (s-SNOM) e outras técnicas experimentais, acessaremos as propriedades nano-ópticas fundamentais desses materiais. Destacamos que os resultados alcançados nessa pesquisa servirão de base para o desenvolvimento de novos dispositivos nanofotônicos do Mid-IR ao THz. (AU)

Publicações científicas

(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)

BARCELOS, INGRID D.; CANASSA, THALITA A.; MAYER, RAFAEL A.; FERES, FLAVIO H.; DE OLIVEIRA, EYNARA G.; GONCALVES, ALEM-MAR B.; BECHTEL, HANS A.; FREITAS, RAUL O.; MAIA, FRANCISCO C. B.; ALVES, DIEGO C. B.. ltrabroadband Nanocavity of Hyperbolic Phonon-Polaritons in 1D-Like alpha-MoO. ACS PHOTONICS, v. 8, n. 10, p. 3017-3026, OCT 20 2021. (20/15740-3, 19/14017-9)

MAYER, RAFAEL A.; FERES, FLAVIO H.; MAIA, FRANCISCO C. B.; BARCELOS, INGRID D.; MCLEOD, ALEXANDER S.; RODIN, ALEKSANDR; FREITAS, RAUL O.. Guidelines for Engineering Directional Polariton Launchers. PHYSICAL REVIEW APPLIED, v. 18, n. 3, p. 10-pg., 2022-09-30. (19/08818-9, 20/15740-3, 19/14017-9)