Projeto e Otimização de Emissores de Fótons Únicos em Dicalcogenetos de Metais de Transição Acoplados a Estruturas Plasmônicas.

• Processo: 25/00980-2
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de julho de 2025
• Data de Término da vigência: 31 de janeiro de 2029
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
• Pesquisador responsável: Euclydes Marega Junior
• Beneficiário: Matheus Fernandes Sousa Lemes
• Instituição Sede: Instituto de Física de São Carlos (IFSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 21/03311-3 - Regime extremo da interação de luz-matéria em estruturas plasmônicas acopladas com materiais 2D, AP.R
• Assunto(s): Nanofotônica
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: plasmonics | Single-photon emitters | 2D Semiconductor Materials | Nanofotônica

Resumo

O desenvolvimento de emissores de fótons únicos (SPEs, do inglês Single-Photon Emitters) eficientes é essencial para o avanço das tecnologias quânticas, incluindo computação quântica, criptografia quântica e sistemas de comunicação segura. Materiais bidimensionais (2D), particularmente dicalcogenetos de metais de transição (TMDs, do inglês Transition-Metal Dichalcogenides), surgiram como uma plataforma promissora para SPEs devido às suas propriedades ópticas ajustáveis, estrutura atomicamente fina e capacidade de abrigar emissores quânticos por meio de engenharia de defeitos e tensões. No entanto, desafios como baixo rendimento quântico, baixa direcionalidade de emissão e limitada indistinguibilidade dos fótons dificultam sua aplicação prática.Este projeto de doutorado tem como objetivo enfrentar essas limitações integrando SPEs baseados em materiais 2D com nanostruturas plasmônicas, como redes metálicas (metallic nanogratings), para melhorar seu desempenho. Estruturas plasmônicas permitirão um aumento significativo do campo por meio do efeito Purcell, melhorando as taxas de emissão, estabilidade e eficiência de coleta de fótons, enquanto suas ressonâncias ajustáveis permitem um controle espectral e espacial preciso. Caracterizações ópticas, incluindo espectroscopia de fotoluminescência, medições resolvidas no tempo e análise de correlação de segunda ordem, serão realizadas para avaliar parâmetros-chave, como pureza de fóton único, brilho e coerência.A colaboração com o Prof. Dr. Andras Kis e o grupo do Laboratório de Eletrônica e Estruturas em Nanoescala (LANES, do inglês Laboratory of Nanoscale Electronics and Structures) na École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) proporcionará acesso a infraestrutura de ponta e técnicas avançadas de caracterização para correlacionar propriedades estruturais e ópticas dos emissores.Por fim, este projeto busca demonstrar uma fonte de fótons únicos escalável e integrável com desempenho aprimorado, contribuindo para o desenvolvimento de tecnologias quânticas inovadoras baseadas em dispositivos de fótons únicos. (AU)