Graphene microribbon array on silicon waveguide for sensing applications at Terahertz

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dc.contributor.advisorSaito, Lucia Akemi Miyazato
dc.contributor.authorSantos, Iris de Oliveira Corcino dos
dc.date.accessioned2023-07-04T18:21:44Z
dc.date.available2023-07-04T18:21:44Z
dc.date.issued2023-05-19
dc.description.abstractEste estudo apresenta uma análise numérica de perfil lateral ao longo do eixo de propagação para investigar uma matriz de microfita de grafeno (GMR) depositada em um guia de onda de silício, que é colocado sobre um substrato de sílica, para detectar mudanças no índice de refração do analito de 1 para 2 com um respectivo passo de 0.2 . A estrutura proposta aproveita as propriedades únicas do grafeno, silício e sílica, oferecendo alta sensibilidade e baixa perda para detecção de THz. A aplicação de tecnologias de guias de ondas planares permite o desenvolvimento de dispositivos multissensores compactos e miniaturas que podem se conectar à instrumentação usando fibras ópticas, proporcionando operação remota. Através de diagramas de dispersão o guia de onda de espessura h = 15 µm ´e selecionado com a frequência de corte do primeiro modo fundamental em torno de 2 THz. Aqui, as microfitas de grafeno espaçadas com periodicidade Λ = 4 µm, , sintonizadas em EF = 0.45 eV e Γ = 3.7 meV , demonstraram excitar a ressonância plasmônica de superfície (SPR) com eficiência nas frequências entre 3 THz e 4 THz. O impacto da modificação de variáveis como a largura da fita (rw) e o número de fitas (numrib) são examinados. Os resultados mostram que a manipulação dessas variáveis aumenta a geração do plasmon, mas também afeta fortemente a distribuição plasmônica modal ao longo da matriz. O artigo conclui que o equilíbrio entre essas características pode levar à otimização do desempenho do sensor. Portanto, alterando o índice de refração do analito, um sensor de sensibilidade muito alta de 8658 nm/RIU é apresentado para rw = 3 µm e numrib = 200.pt_BR
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nívelpt_BR
dc.description.sponsorshipCNPQ - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológicopt_BR
dc.description.sponsorshipOutrospt_BR
dc.identifier.urihttps://dspace.mackenzie.br/handle/10899/32907
dc.language.isopt_BRpt_BR
dc.language.isoenpt_BR
dc.publisherUniversidade Presbiteriana Mackenzie
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/*
dc.subjectressonancia de plasmons de superficiept_BR
dc.subjectguia de onda de placa planarpt_BR
dc.subjectmicro fitas de grafenopt_BR
dc.subjectTerahertzpt_BR
dc.titleGraphene microribbon array on silicon waveguide for sensing applications at Terahertzpt_BR
dc.typeDissertaçãopt_BR
local.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/0915583034741895pt_BR
local.contributor.advisorOrcidhttps://orcid.org/0000-0001-7157-1191pt_BR
local.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/4121710918191911pt_BR
local.contributor.board1Matos, Christiano José Santiago de
local.contributor.board1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6843256597783676pt_BR
local.contributor.board2Ramírez, Jhonattan Córdoba
local.contributor.board2Latteshttp://lattes.cnpq.br/3244383817627411pt_BR
local.contributor.board2Orcidhttps://orcid.org/0000-0002-8883-4223pt_BR
local.contributor.board3Carvalho, Mauricio Moderno de
local.contributor.board3Latteshttp://lattes.cnpq.br/2256727812302399pt_BR
local.contributor.board3Orcidhttps://orcid.org/0000-0001-8968-1145pt_BR
local.contributor.board4Almeida, Aline dos Santos
local.contributor.board4Latteshttp://lattes.cnpq.br/3221526947166835pt_BR
local.contributor.board4Orcidhttp://orcid.org/0000-0001-8770-6249pt_BR
local.contributor.coadvisorArdila, Dario Andres Bahamon
local.contributor.coadvisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/4024191340514093pt_BR
local.contributor.coadvisorOrcidhttps://orcid.org/0000-0003-3852-2085pt_BR
local.description.abstractenThis study presents a lateral profile numerical analysis along the propagation axis to in vestigate a graphene microribbon (GMR) array deposited on a silicon waveguide, which is placed on a silica substrate, to detect changes of the analyte refractive index from 1 to 2 with a respective step of 0.2 . The proposed structure takes advantage of the unique properties of graphene, silicon, and silica, offering high sensitivity and low loss for THz sensing. The application of planar waveguide technologies enables the development of miniature and compact multisensor devices that can connect to instrumentation using optical fibers, providing remote operation. Through dispersion diagrams the waveguide of thickness h = 15 µm is selected with the first fundamental mode cut-off frequency around 2 THz. Here, the graphene micro-strips spaced with periodicity Λ = 4 µm, , tuned to EF = 0.45 eV and Γ = 3.7 meV , demonstrated to excite surface plasmon resonance (SPR) ef ficiently at the frequencies between 3 THz and 4 THz. The impact of modifying variables such as ribbon width (rw) and the number of ribbons (numrib) are examined. The results show that manipulating these variables enhances the plasmon’s generation but also highly affects the plasmonic modal distribution along the array. The article concludes that the balance between these features can lead to the sensor’s performance optimization. There fore, changing the analyte refractive index, a very high sensitivity sensor of 8658 nm/RIU is presented for rw = 3 µm and numrib = 200.pt_BR
local.description.sponsorshipOtherEmpresa/Indústria: NECpt_BR
local.keywordssurface plasmons resonancept_BR
local.keywordsplanar waveguidept_BR
local.keywordsgraphene microribbonpt_BR
local.keywordsTerahertzpt_BR
local.publisher.countryBrasil
local.publisher.departmentEscola de Engenharia Mackenzie (EE)pt_BR
local.publisher.initialsUPM
local.publisher.programEngenharia Elétrica e Computaçãopt_BR
local.subject.cnpqCiências Exatas e da Terrapt_BR
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