Publicação
Linear and non-linear optical properties owing to interactions of elementary excitations in nanostructures
| Resumo: | Com o objectivo de obter uma multiplicidade de propriedades ópticas e electrónicas específicas, podemos produzir nanoestruturas artificiais controlando o seu material, tamanho e forma. Recentemente temos assistido à exploração de como a combinação de diferentes tipos destas estruturas podem vir a reforçar as suas respectivas caracteristicas. Isto é realizado com o objectivo de uma possivel produção de vários materiais a serem usados na próxima geração de dispositivos optoelectrónicos e nanofotónicos. Como tal, neste trabalho explorámos como a combinação de materiais bidimensionais, Grafeno e MoS2, juntamente com Pontos Quânticos ou Nanoplaquetas permitem criar nanoestruturas artificiais e como alteram as suas características. Sendo que interacção entre a estrutura e excitações elementares em nanoestruturas semicondutoras e orgânicas podem afectar as suas propriedades ópticas lineares e não lineares, explorámos o seu acoplamento através de interacções excitão-plasmão ou excitão-excitão. A investigação deste acoplamento foi realizada utilizando : espectroscopia Raman, contagem de fotões únicos correlacionada com o tempo (TCSPC), espectroscopia de absorção transitória (TA) e geração de segunda harmónico resolvido no tempo (TR2HG) numa tentativa de caracterizar os processos físicos subjacentes e avaliar o possível potencial destas estruturas híbridas. Além disso, foi realizada uma avaliação de nanofibras biocompatíveis com capacidade de gerar segundo harmónico (2HG). Sendo que os resultados obtidos corroboram a nossa proposta de que estas nanofibras formadas por moléculas não lineares push-pull cristalizadas dentro de uma matriz biopolimérica são materiais promissores para aplicações nanofotónicas e possivel recolha de energia. Por fim foi realizada uma caracterização do índice de refracção não-linear do Grafeno com uso de uma nova abordagem. Através da modulação de fase cruzada através do do efeito óptico Kerr ultra-rápido, caracterizamos a resposta não linear de terceira ordem do grafeno. Verificamos que as alterações não lineares induzidas no grafeno por um campo forte ultra-rápido podem alterar temporariamente o índice de refracção visto por um segundo campo mais fraco, sendo que existe uma forte dependência da frequência analisada. Este efeito é prometedor por exemplo para o desenvolvimento de um interruptor óptico ultra-rápido baseado no grafeno. |
|---|---|
| Autores principais: | Bernardo, César Rui de Freitas |
| Assunto: | Nanoestruturas Propriedades Ópticas Lineares; não-Lineares Grafeno Pontos Quânticos Nanofibras Nanostructures Optical Properties Linear; non-Linear Graphene Quantum Dots Second harmonic generation Nanofibers Ciências Naturais::Ciências Físicas |
| Ano: | 2020 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | tese de doutoramento |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade do Minho |
| Idioma: | inglês |
| Origem: | RepositóriUM - Universidade do Minho |
| Resumo: | Com o objectivo de obter uma multiplicidade de propriedades ópticas e electrónicas específicas, podemos produzir nanoestruturas artificiais controlando o seu material, tamanho e forma. Recentemente temos assistido à exploração de como a combinação de diferentes tipos destas estruturas podem vir a reforçar as suas respectivas caracteristicas. Isto é realizado com o objectivo de uma possivel produção de vários materiais a serem usados na próxima geração de dispositivos optoelectrónicos e nanofotónicos. Como tal, neste trabalho explorámos como a combinação de materiais bidimensionais, Grafeno e MoS2, juntamente com Pontos Quânticos ou Nanoplaquetas permitem criar nanoestruturas artificiais e como alteram as suas características. Sendo que interacção entre a estrutura e excitações elementares em nanoestruturas semicondutoras e orgânicas podem afectar as suas propriedades ópticas lineares e não lineares, explorámos o seu acoplamento através de interacções excitão-plasmão ou excitão-excitão. A investigação deste acoplamento foi realizada utilizando : espectroscopia Raman, contagem de fotões únicos correlacionada com o tempo (TCSPC), espectroscopia de absorção transitória (TA) e geração de segunda harmónico resolvido no tempo (TR2HG) numa tentativa de caracterizar os processos físicos subjacentes e avaliar o possível potencial destas estruturas híbridas. Além disso, foi realizada uma avaliação de nanofibras biocompatíveis com capacidade de gerar segundo harmónico (2HG). Sendo que os resultados obtidos corroboram a nossa proposta de que estas nanofibras formadas por moléculas não lineares push-pull cristalizadas dentro de uma matriz biopolimérica são materiais promissores para aplicações nanofotónicas e possivel recolha de energia. Por fim foi realizada uma caracterização do índice de refracção não-linear do Grafeno com uso de uma nova abordagem. Através da modulação de fase cruzada através do do efeito óptico Kerr ultra-rápido, caracterizamos a resposta não linear de terceira ordem do grafeno. Verificamos que as alterações não lineares induzidas no grafeno por um campo forte ultra-rápido podem alterar temporariamente o índice de refracção visto por um segundo campo mais fraco, sendo que existe uma forte dependência da frequência analisada. Este efeito é prometedor por exemplo para o desenvolvimento de um interruptor óptico ultra-rápido baseado no grafeno. |
|---|