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Bernardo Ruegger Almeida NevesPierre Louis de AssisAna Maria de PaulaPablo Lima SaldanhaEduardo Jorge da Silva FonsecaJenaina Ribeiro SoaresThales Fernando Damasceno Fernandes2019-08-12T09:13:43Z2019-08-12T09:13:43Z2018-02-28http://hdl.handle.net/1843/SMRA-BC9GC8Esta 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.This thesis is divided into two parts: in the first part, we have studied integrated photonics and optical forces in coupled waveguide systems and, in the second part, the tuning in the optical properties of 2D semiconductors. For the first part, a detailed study of the optical forces, that appear in coupled waveguide systems, is made, where we explained and calculated correctly the beating force that appears in this system. Where this force, until then, was ignore or badly interpreted in the literature. This optical force differs drastically from the usual optical forces in this type of system, which can be either attractive or repulsive. The beating force is neither attractive nor repulsive, but it can acts in the center of mass of the system, thus, making it possible to accelerate the waveguides in a certain direction. The origin of this beating force is due to transverse moment transfer occurring in coupled waveguides when they are excited in a superposition eigenmodes. This way, the energy will oscillate between one waveguide and another, which will generate a momentum exchange between light and matter and, consequently, a force in the waveguides. The study of this force was performed both analytically and by finite element simulations (FEM - Finite Element Method) and it was observed that this force varies with the direction of propagation. As the force in electromagnetic systems varies with the square of the electromagnetic fields, when a sum of modes of the system is excited, there will always be a beating in the system. Explicit calculations of this optical force agree very well with the heuristics conception derived from the momentum transfer between the waveguides. Our results demonstrate that in this type of system the associated moment is probably Minkowski¿s one. v Later, the calculation of the beating force is generalized for the case of curved waveguides with arbitrary superpositions and compared with different force models, where it was shown the main differences among the models. For the second part of this work, Local Anodic Oxidation (LAO) was used via scanning probe microscopy (SPM) techniques to oxidize multilayer MoS2. It was seen that without a fine tuning of the LAO process it is possible to create MoS2 monolayers of varying sizes, geometries, and positioning. These monolayers are covered with molybdenum oxide, creating a MoS2-MoO3 heterostructure. It has been observed that in these heterostructures, there is an increase in luminescence (PL) of up to two orders of magnitude. The origin of this increase is related to the charges withdrawal from MoS2 by MoO3, thus making the MoS2 emission predominantly originated from neutral excitons rather than trions, which consists of a much more efficient emission.Universidade Federal de Minas GeraisUFMGForça óticaCampos eletromagneticosDensidadeForça DeformaçõesFotônicospropriedades óticasFotônica integradaforças óticasForças óticas em guias de onda acoplados e fabricação de nano-ilhas de MoS2 via SPMinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFMGinstname:Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)instacron:UFMGORIGINALthalesfernandes.pdfapplication/pdf11510838https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/SMRA-BC9GC8/1/thalesfernandes.pdf616a4526910fd63fc3fbc1c179312781MD51TEXTthalesfernandes.pdf.txtthalesfernandes.pdf.txtExtracted texttext/plain184570https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/SMRA-BC9GC8/2/thalesfernandes.pdf.txta0b7d28bbe262842d449bcb3ffc1110aMD521843/SMRA-BC9GC82019-11-14 15:48:41.517oai:repositorio.ufmg.br:1843/SMRA-BC9GC8Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufmg.br/oaiopendoar:2019-11-14T18:48:41Repositório Institucional da UFMG - Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)false
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