Grafeno em substratos transparentes dielétricos para aplicações fotônicas
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Tipo
Tese
Data de publicação
2017-05-04
Periódico
Citações (Scopus)
Autores
Romagnoli, Priscila
Orientador
Matos, Christiano José Santiago de
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Membros da banca
Oliveira, Rafael Euzébio Pereira de
Silva, Cecília de Carvalho e
Elias, Daniel Cunha
Carvalho, Isabel Cristina dos Santos
Silva, Cecília de Carvalho e
Elias, Daniel Cunha
Carvalho, Isabel Cristina dos Santos
Programa
Engenharia Elétrica
Resumo
O grafeno é um material bidimensional composto de átomos de carbono dispostos em uma rede hexagonal com excelentes propriedades eletrônicas, como a alta mobilidade eletrônica, e ópticas, como a absorção independente do comprimento de onda devido ao gap zero [1]. Novoselov e Geim [2] isolaram o grafeno pela primeira vez em 2004 e, desde então, o grafeno vem demonstrando aplicações nas mais diversas áreas. Na área de fotônica, até o momento, aplicacões como absorvedores saturáveis, polarizadores e moduladores, entre outras, já foram demonstradas utilizando o nanomaterial em substratos transparentes dielétricos.
Esse tipo de substrato torna-se necessário em aplicações fotônicas, uma vez que em geral sua absorção da luz pelo substrato é indesejada. Com este requerimento em vista, esta tese de doutorado estuda o grafeno sobre substratos dielétricos transparentes, com dois objetivos principais. O primeiro objetivo é aumentar o contraste óptico do grafeno sobre substratos transparentes, melhorando sua visualização. A refletância de vidros silicatos recobertos com grafeno, por exemplo,é de 4,3% (incidência normal), enquanto a refletância do vidro sem grafeno é de4,0%, o que gera valores de contraste _optico baixos, da ordem de 8%. Este problema é estudado e duas soluções para o aumento de contraste são apresentadas.
A primeira utiliza a condição de polarização por reflexão da luz em ângulo de
Brewster, que possibilita o cancelamento da reflexão do substrato e a obtenção
de reflexão somente onde há grafeno. A técnica proposta mostrou um aumento
do contraste óptico de até 380x em relação á microscopia óptica convencional.
A segunda técnica de aumento de contraste explora o fato, não muito usual, de
que a reflexão no grafeno sobre vidro depende do meio a partir do qual a luz
incide (a partir do ar ou vidro). Com incidência normal, foi observado que a
incidência pelo substrato de vidro gera um aumento no contraste óptico de 1,3x
em relação _a incidência pelo ar. A técnica pode ser facilmente implementada
em um microscópio óptico convencional. O segundo objetivo da presente tese
consiste em investigar um novo método de dopagem elétrica de grafeno sobre
vidros. A dopagem permite o ajuste das características ópticas e eletrônicas do
grafeno. O método consiste em explorar o processo de poling térmico de vidros
silicatos. O poling é um método conhecido para gravação de um campo elétrico próximo á superfície em vidros. A dopagem gerada pelo poling é investigada a partir dos deslocamentos espectrais gerados na banda G Raman do grafeno e a partir da excitação de plásmons de superfície. Observou-se, entretanto, que o poling gerava uma concentração de portadores no grafeno menor do que a esperada, de ~2,9x1012cm-2, indicando que o campo gravado é neutralizado antes de chegar ao grafeno. Apesar de não se entender ainda a origem de tal neutralização, uma possibilidade é uma migração de cargas do grafeno para o substrato, o que blindaria o campo elétrico no grafeno. Os efeitos de dopagem decorrentes de interação com o ambiente e com o substrato também são mostrados como fatores importantes que influenciam significativamente a concentração de cargas do nanomaterial.É demonstrada uma redução significativa nesses efeitos utilizando-se um substrato de hBN esfoliado sobre sílica e atmosfera de argônio.
Descrição
Palavras-chave
grafeno , substrato dielétrico transparente , contraste óptico , ângulo de brewster , dopagem elétrica , poling térmico , plásmons de superfície , plásmons em grafeno
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Citação
ROMAGNOLI, Priscila. Grafeno em substratos transparentes dielétricos para aplicações fotônicas. 2017. 123 f. Tese ( Engenharia Elétrica) - Universidade Presbiteriana Mackenzie, São Paulo .