Transições topológicas naturais e Luttinger-liquid plásmons em cristais bidimensionais de WTe2 na faixa de Terahertz

• Processo: 23/09839-5
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de abril de 2024
• Data de Término da vigência: 31 de março de 2026
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
• Pesquisador responsável: Raul de Oliveira Freitas
• Beneficiário: Flávio Henrique Feres
• 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): 25/00060-0 - Nano imagem de propriedades plasmônicas de WTe2 e WTe2 girados sob temperaturas criogênicas e altos campos magnéticos, BE.EP.PD
• Assunto(s): Nanofotônica Materiais bidimensionais Cristais Polaritons Semimetais Radiação síncrotron Radiação Terahertz Líquidos de Luttinger
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: materiais 2D | Polaritons | Semimetais de Weyl | s-SNOM | synchrotron infrared nanospectroscopy | THz | Nanofotônica de materiais bidimensionais

Resumo

O Telureto de Tungstênio (WTe2) é um semimetal pertencente à classe topológica tipo II de Weyl. Além de possuir características eletrônicas extraordinárias, é um material lamelar que pode ser produzido em forma de cristais bidimensionais via esfoliação mecânica. Recentemente, demonstrou-se a capacidade do WTe2 em sustentar modos plasmônicos por meio de nanoespectroscopia de infravermelho. De maneira intrigante, em faixas específicas do infravermelho distante (429 cm-1 - 623 cm-1), o WTe2 exibe plásmons poláritons hiperbólicos devido à sua condutividade anisotrópica no plano. Numa perspectiva teórica, observa-se a possibilidade de canalização natural de plásmons poláritons mediada por uma transição do tipo topológica. Recentemente, a canalização de poláritons foi demonstrada por meio de nanofabricação sofisticada de heteroestruturas, como no caso dos cristais girados de trióxido de molibdênio (MoO3). Como alternativa aos desafios intrínsecos do processo de fabricação de tais estruturas, o WTe2 surge como uma via mais simples, visto que o processo de canalização ocorre naturalmente em determinadas faixas espectrais. Não obstante, estudos recentes com camadas torcidas de WTe2 demonstraram a formação de arranjos de nanofios por meio de padrões de Moiré na sua rede cristalina. A presença desses nanofios possibilita a investigação de fenômenos conhecidos como Líquidos de Luttinger, que ocorrem em condutores unidimensionais. Embora os Líquidos de Luttinger tenham sido amplamente estudados utilizando nanotubos de carbono, neste projeto serão investigados os modos plasmônicos dos Líquidos de Luttinger restritos ao padrão de Moiré formado por camadas torcidas de WTe2 nas faixas de infravermelho médio, distante e de terahertz. Para investigação de tal fenômeno, serão empregadas técnicas avançadas de espectroscopia e imageamento em nanoescala, como SINS e s-SNOM, utilizando como fontes de luz lasers de cascata quântica e o sincrotron de quarta geração Sirius no LNLS, com grande possibilidade de produzir resultados pioneiros nesta nova área denominada "twistoptics". (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)

MAYER, RAFAEL A.; WEHMEIER, LUKAS; TORQUATO, MATTHEUS; CHEN, XINZHONG; FERES, FLAVIO H.; MAIA, FRANCISCO C. B.; OBST, MAXIMILIAN; KAPS, FELIX G.; LUFERAU, ANDREI; KLOPF, J. MICHAEL; et al. Paratellurite Nanowires as a Versatile Material for THz Phonon Polaritons. ACS PHOTONICS, v. 11, n. 10, p. 11-pg., 2024-09-20. (22/02901-4, 20/15740-3, 19/14017-9, 23/09839-5)