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Type: Tese
Issue Date: 5-Oct-2018
Authors: SANTOS, Carlos Rafael Marques dos
First Advisor: Dmitriev, Victor Alexandrovich
Title: Efeitos de Faraday e Kerr em estruturas periódicas metálicas: Grafeno na faixa de THz e Ouro-Dielétrico-Bi:YIG na faixa do infravermelho
Other Titles: Effects of Faraday and Kerr on periodic metallic structures: Graphene in the range of THz and Gold-Dielectric-Bi: YIG in the infrared range
Citation: SANTOS, Carslos Rafael Marques dos. Efeitos de Faraday e Kerr em estruturas periódicas metálicas: Grafeno na faixa de THz e Ouro-Dielétrico-Bi:YIG na faixa do infravermelho. 2018. 81 f. Tese (Doutorado) - Universidade Federal do Pará, Instituto de Tecnologia, Belém, 2018. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Disponível em: <http://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/10459>. Acesso em:.
Resumo: A fotônica é um campo de pesquisa cuja finalidade reside na utilização da luz (fótons) ao invés de elétrons (eletrônica) na realização de determinadas funções como, por exemplo, o armazenamento, a transferência e o processamento de sinais. Dentro desse contexto, abre-se a possibilidade de desenvolvimento e produção de dispositivos cuja capacidade de armazenamento supera as dos dispositivos eletrônicos. Para tanto, é preciso controlar os fótons semelhantemente ao que é feito na eletrônica com os elétrons. O controle da radiação dentro da fotônica pode ser realizado através dos efeitos magneto-ópticos, como por exemplo, os efeitos de Faraday e de Kerr. O efeito de Faraday é utilizado como base de funcionamento de dispositivos tais como isoladores ópticos, sensores de corrente e outros. Por sua vez, o efeito de Kerr pode constituir a base de funcionamento de dispositivos de armazenamento de dados (memória magneto-óptica). No presente trabalho são estudados os efeitos magneto-ópticos de Faraday e Kerr, bem como a transmissão da radiação eletromagnética nas regiões do terahertz e infravermelho. Na faixa de frequência que corresponde ao THz são analisados o efeito de Faraday, o efeito de Kerr e a transmitância da radiação em estruturas periódicas de grafeno com diferentes geometrias. As estruturas analisadas neste trabalho podem apresentar, para campos magnéticos fracos (B = 1 por exemplo), rotação de Faraday maior que 3_ dependendo da escolha da geometria que podem ser círculos, quadrados, quadrados com pequenos cortes nos cantos e fitas. A rotação de Faraday nestes sistemas pode ser explicada por meio de um modelo simples de circuito onde a introdução de periodicidade no grafeno altera a impedância do sistema e consequentemente muda as propriedades magneto-ópticas do mesmo melhorando a rotação de Faraday em altas frequências (maiores que 7 THz) ainda com valores de campos magnéticos tidos como fracos. Tal característica não é possível se obter em uma folha uniforme de grafeno, uma vez que para esta só é possível obter forte rotação de Faraday em altas frequências com campos magnéticos fortes (10 T, por exemplo). Adicionalmente, para as três estruturas periódicas foi calculada a rotação de Kerr que pode chegar ao valor 3,96_ dependendo da geometria escolhida. Para todos os casos, a máxima rotação de Faraday e Kerr ocorrem para frequências maiores que 8 THz. Estes resultados são melhores do que a resultados já publicados. Na região do infravermelho são estudos os efeitos de Faraday e Kerr, bem como a transmissão óptica extraordinária em uma estrutura plasmônica híbrida composta por quatro camadas. Para esta, a rotação de Faraday é de 7,9_ e 0,25 de transmitância para o comprimento de onda 945 nm. Adicionalmente, o efeito de Kerr pode chegar a 23_. Estes resultados são melhores do que a resultados já publicados. Na estrutura proposta, a melhora da rotação de Faraday deve-se ao aumento do fator Q das ressonâncias na camada de material magneto-óptico.
Abstract: Photonics is a research field whose purpose lies in the use of light (photons), rather than electrons (electronics) in the realization of certain functions such as storage, transfer and processing of signals. In this context, it opens the possibility of development and production of devices whose storage capacity surpasses those of electronic devices. To do this, it is necessary to control the photons similarly, to what is done in electronics with the electrons. The control of radiation, in the context of photonics, can be realized through magneto-optical effects, such as the Faraday and Kerr effects. The Faraday effect is used as the basis of operation of devices such as optical isolators, current sensors and others. In turn, the Kerr effect is the basis of the operation of data storage devices (optical magnetic memory). In the present work, magneto-optical effects of Faraday and Kerr, as well as the transmission of electromagnetic radiation are studied in the regions of terahertz and infrared. In the frequency range that corresponds to the THz, the Faraday effect, the Kerr effect and the radiation transmittance are analyzed in periodic structures of graphene with different geometries. The structures analyzed in this work can present RF, for weak magnetic fields (B =1 T, for example), greater than 3_ depending on the choice of geometry that can be circles, squares, squares with small cuts in the corners and ribbons. Faraday rotation in these systems can be explained by a simple circuit model where the introduction of periodicity in the graphene promotes the increase of the system impedance and consequently changes the magneto-optical properties of the system, improving the rotation of Faraday at high frequencies (larger than 8 THz) still with magnetic field values taken as weak. This characteristic can not be obtained in a uniform sheet of graphene, since it is possible to obtain a strong rotation of Faraday at high frequencies with strong magnetic fields (10 T, for example). Additionally, for the three periodic structures it was calculated the Kerr rotation that can reach the value 3.96_ depending on the geometry chosen. For all cases, the maximum frequency of Faraday and Kerr rotations occur for frequencies greater than 7 THz. These results are better than results already published. In the infrared region are studies the effects of Faraday, Kerr, as well as extraordinary optical transmission in a plasmonic hybrid structure composed of four layers. For this, the Faraday rotation is of 7_ and 0.25 of of transmittance For wavelength 945 nm. Additionally, the Kerr effect can reach 23_. These results are better than results already published. In the proposed structure, the improvement of Faraday’s rotation is due to the increase of the Q factor of the resonances in the magneto-optical material layer.
Keywords: Efeito de Faraday
Efeito de Kerr
transmissão óptica extraordinária
Heteroestrutura
Concentration Area: TELECOMUNICAÇÕES
Research Line: ELETROMAGNETISMO APLICADO
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::TELECOMUNICACOES
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal do Pará
Institution Acronym: UFPA
Department: Instituto de Tecnologia
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
Source: 1 CD-ROM
Appears in Collections:Teses em Engenharia Elétrica (Doutorado) - PPGEE/ITEC

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