Forças óticas em guias de onda acoplados e fabricação de nano-ilhas de MoS2 via SPM

• Autor(a) principal: Thales Fernando Damasceno Fernandes
• Data de Publicação: 2018
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/SMRA-BC9GC8
• topic: propriedades óticas; Fotônica integrada; forças óticas; Força ótica; Campos eletromagneticos; Densidade; Força Deformações; Fotônicos

Esta tese é dividida em duas partes: na primeira, estudamos fotônica integrada e forças óticas em sistemas de guias de onda e, na segunda, estudamos as alterações propositais de um semicondutor 2D visando customizar suas propriedades óticas. Para a primeira parte, um estudo detalhado das forças óticas, que ocorrem em sistemas de guias de onda acoplados, é feito, onde explicamos e calculamos a força de batimento que surge nesse sistema. Essa força ótica até então era ignorada ou apenas mal interpretada na literatura. Essa força ótica difere drasticamente das forças óticas usuais nesse tipo de sistema, que podem ser ou atrativas ou repulsivas. Já a força de batimento não é nem atrativa ou repulsiva, mas pode atuar no centro de massa do sistema, dessa maneira possibilitando acelerar os guias de onda em uma certa direção. A origem dessa força de batimento é devido a transferência de momento transverso que ocorre em guias de onda acoplados quando eles são excitados em uma superposição de modos normais do sistema. Dessa maneira, a energia irá oscilar entre um guia de onda e o outro, o que irá gerar uma troca de momento entre luz e matéria e, consequentemente, uma força nos guias de onda. O estudo dessa força foi realizado tanto analiticamente quanto por simulações por elementos finitos (FEM - Finite Element Method) e foi observado que esta força varia com a direção de propagação. Como a força em sistemas eletromagnéticos varia com o quadrado dos campos eletromagnéticos, quando se excita uma soma de modos normais do sistema, haverá sempre um batimento no sistema. Cálculos explícitos dessa força ótica concordam com uma modelagem heurística, derivada a partir da transferência de momento entre iii os guias de onda. Nosso resultado demonstram que nesse tipo de sistema o momento associado pode ser o de Minkowski. Posteriormente, o calculo da força de batimento é generalizado para o caso de guias curvos e superposições arbitrarias e comparada com diferentes modelos de forças, onde as principais diferenças entre cada modelo são demonstradas. Para a segunda parte da tese, foi usado o processo de oxidação local (LAO - Local Anodic Oxidation) via técnicas de microscopia de varredura por sonda (SPM ¿ Scanning Probe Microscopy) para oxidar MoS2 multicamadas. Foi visto que sem um ajuste fino do processo de LAO é possível criar monocamadas de MoS2 de tamanhos, geometrias e posicionamento variados. Essas monocamadas estão cobertas em óxido de molibdênio, criando uma heteroestrutura MoS2-MoO3. Foi observado que nessas heteroestruturas há um aumento na luminescência (PL - Photoluminescence) de até duas ordens de magnitude. A origem desse aumento está relacionada à retirada de cargas do MoS2 pelo MoO3, dessa maneira fazendo a emissão do MoS2 ser predominantemente de éxcitons neutros ao invés de tríons, o que consiste de uma emissão muito mais eficiente.