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Acesso aberto (Open Access)
Análise de estruturas planares em THz baseadas em grafeno
(Universidade Federal do Pará, 2016-01-28) NASCIMENTO, Clerisson Monte do; DMITRIEV, Victor Alexandrovich; http://lattes.cnpq.br/0684541646225359
Neste trabalho são analisadas as propriedades de espalhamento de ondas eletromagnéticas no grafeno na faixa de frequências de THz, bem como dispositivos plasmônicos baseados em estruturas planares deste material na mesma faixa de frequências. O trabalho está apresentado na forma de agregação de quatro artigos científicos. O primeiro artigo faz uma análise numérica da propagação de ondas plasmônicas em elementos de grafeno submetidos à incidência de ondas em THz. A influência de fatores como geometria, potencial químico ângulo de incidência e polarização são analisados. O resultado deste artigo foi base para a proposta de dois dispositivos (artigos 2 e 3) baseados em superfícies seletivas de frequência (FSS) que operam na faixa de THz e compostos unicamente por elementos de grafeno e substrato dielétrico, sem a necessidade de inserção de outros metais. O primeiro dispositivo consiste em um filtro eletromagnético construído por um arranjo de anéis espessos de grafeno postos em ambos os lados de um substrato dielétrico. O segundo apresenta a proposta inédita de um dispositivo multifuncional baseado em grafeno que pode operar tanto como um filtro eletromagnético, dinamicamente ajustável, quanto como uma chave eletromagnética. Ambos os dispositivos operam baseados no efeito de Fano ressonância. O quarto artigo apresenta um método de análise de FSS baseada em teoria de grupos e que utiliza as componentes transversais e longitudinais da corrente induzida na estrutura. Este método permite prever maior informação acerca das propriedades do dispositivo, quando comparado a aproximações existentes que se baseiam somente as componentes longitudinais da corrente. Como aplicação deste método, é sugerido e analisado um arranjo periódico de elementos de grafeno.
Acesso aberto (Open Access)
Circulador de 4 portas baseado em um ressonador elíptico de grafeno na região terahertz.
(Universidade Federal do Pará, 2020-01-20) OLIVEIRA, Thiago Lima de; DMITRIEV, Victor Alexandrovich; http://lattes.cnpq.br/3139536479960191
Um novo tipo de circulador de quatro portas baseado em grafeno para a faixa de frequência terahertz é proposto e analisado neste trabalho. O mesmo é constituído de dois guias de ondas paralelos acoplados lateralmente a um ressonador magnetizado em forma de elipse. A secção transversal dos componentes apresenta uma estrutura com três camadas consistindo de grafeno, dióxidos de sílica e silício. O ressonador de grafeno é magnetizado normalmente em seu plano por um campo magnético externo DC. O princípio físico do dispositivo é baseado na ressonância dipolar da cavidade ressonante de grafeno magnetizado. Utilizando a Teoria de Grupos Magnéticos, conseguimos analisar as matrizes de espalhamento das componentes de simetria do dispositivo. Além disso, foi usada a Teoria de Modos Acoplados Temporal, com o intuito de analisar analiticamente as características do dispositivo. Investigou-se a influência de diferentes parâmetros sobre as características do circulador através do software Comsol Multiphysics. Simulações numéricas demonstram o isolamento das portas 3 e 4 em torno de -32,6 dB e -16,2 dB, perdas de inserção em torno de -2,5 dB, reflexão em torno de -20,3 dB e 5,7% de largura de banda com a frequência central de 5,03 THz. O campo magnético DC de polarização aplicado é de 0,8 T. A frequência central do circulador pode ser controlada pela mudança na energia de Fermi do grafeno. Por fim, foi feito uma comparação entre o modelo numérico e analítico do dispositivo, através das ferramentas citadas.
Acesso aberto (Open Access)
Circuladores de grafeno de banda ultralarga para região THz
(Universidade Federal do Pará, 2019-06-07) SILVA, Samara Leandro Matos da; DMITRIEV, Victor Alexandrovich; http://lattes.cnpq.br/3139536479960191
Componentes não recíprocos são partes indispensáveis de muitos sistemas de micro-ondas e ópticos. No futuro, sistemas de comunicação THz também exigirá esses componentes. As publicações existentes mostram que a largura de banda dos circuladores baseados em grafeno na região THz pode ser de 10% a 20% com o uso de estruturas bastante complicadas. Os circuladores sugeridos são formados por uma junção de grafeno com padrão côncavo conectada aos guias de onda. O grafeno é suportado por camadas de SiO2/Si. O comportamento de circulação é baseado na não-simetria do tensor de condutividade do grafeno que aparece devido à magnetização por um campo magnético DC aplicado normalmente ao plano do grafeno. Discutimos os principais parâmetros que definem a largura de banda e sua influência na mesma. Os circuladores possuem largura de banda recorde que é duas vezes mais do que os publicados. Demonstramos que o circulador Y pode ter a largura de banda de 42% na faixa de frequência (2,75 ÷ 4,2) THz, com o isolamento melhor que −15 dB e as perdas de inserção maiores que −2 dB, proporcionadas pela polarização campo magnético DC 1,5 T e o potencial químico de 0,15 eV. Para os dois circuladores de 4 portas conseguimos uma largura de banda de 44% para os mesmos parâmetros físicos.
Acesso aberto (Open Access)
Dispositivos não-recíprocos baseados em grafeno na região de THz
(Universidade Federal do Pará, 2019-02-28) CASTRO, Wagner Ormanes Palheta; DMITRIEV, Victor Alexandrovich; http://lattes.cnpq.br/3139536479960191
Quatro novos tipos de dispositivos não-recíprocos baseados em grafeno operando na região de Terahertz (THz) são sugeridos e analisados teoricamente neste trabalho, sendo dois circuladores de três portas com geometrias tipo Y e tipo W, e dois divisores de potência de quatro portas com diferentes geometrias. A seção transversal dos componentes apresenta uma estrutura com três camadas, compostas de grafeno, sílica (SiO2) e silício (Si), os planos das figuras desses componentes consistem de um ressonador circular de grafeno e guias de ondas conectados a ele. O ressonador de grafeno é magnetizado normalmente em seu plano por um campo magnético DC externo, e o princípio físico de funcionamento dos dispositivos é baseado na ressonância dipolar do ressonador. Utilizando a Teoria de Grupos Magnéticos, analisamos as matrizes de espalhamento dos componentes simétricos dos dispositivos. Além disso, para análise dos circuladores, a Teoria de Modos Acoplados Temporal também foi usada. Simulações numéricas foram realizadas por um programa computacional de onda completa e os cálculos demonstram níveis de isolamentos melhores que – 15 dB, tanto para os circuladores, como para os divisores de potência. O circulador tipo Y apresentou perdas de inserção em torno de - 2,6 dB, largura de banda de 7,4% na frequência central de 5,38 THz, enquanto que o circulador tipo W demostrou perdas de inserção de – 2 dB, largura de banda de 4,25% na frequência central de 7,5 THz; os campos magnéticos DC de polarização nos dois casos foram de 0,45 T e 0,56 T, respectivamente. Os divisores de potência demostraram que a divisão do sinal entre as duas portas de saída é de – 4,4 dB com banda de frequência de 4,5% e 3,4% e polarização magnética de 0,8 T. A influência de parâmetros geométricos e físicos sobre as características dos circuladores é discutida. As bandas de frequência dos dispositivos podem ser controladas dinamicamente alterando a tensão de polarização aplicada entre a camada de grafeno e o substrato.
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Efeitos de Faraday e Kerr em estruturas periódicas metálicas: Grafeno na faixa de THz e Ouro-Dielétrico-Bi:YIG na faixa do infravermelho
(Universidade Federal do Pará, 2018-10-05) SANTOS, Carlos Rafael Marques dos; DMITRIEV, Victor Alexandrovich; http://lattes.cnpq.br/3139536479960191
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.
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Estruturas photonic band gap em antena de microfita com aplicações em microondas e terahertz
(Universidade Federal do Pará, 2019-08-16) OLIVEIRA, Jorge Everaldo de; COSTA, Marcos Benedito Caldas; http://lattes.cnpq.br/7636226766852440
Neste trabalho estamos analisando as simulações de duas antenas de microfita. A primeira é uma antena utiliza o material cerâmico Niobato de Bismuto (BiNbO4) dopado com Pentóxido de Vanádio (V2O5) no substrato. O patch da antena foi projetado com linha de alimentação indentada para facilitar o casamento de impedâncias e o substrato com furos de ar foi colocado apenas por baixo do patch para diminuir ainda mais as perdas. A segunda é uma nanoantena com Patch de Grafeno na faixa de Terahertaz e substrato PBG (Photonic Band Gap), com rede triangular, e furos nas seguintes configurações de altura h1, h2 e h3. Na altura h1 o substrato é perfurado totalmente, enquanto que nas alturas h2 os furos serão feitos de cima para baixo até a metade do substrato e a altura h3 é a antena com substrato perfurado de baixo para cima até a metade do substrato. Portanto são criadas três antenas nessas geometrias utilizando uma rede de furos triangular. A disposição dos furos no substrato dielétrico, constituem a estrutura PBG, para aumentar o desempenho e a eficiência dessas antenas, extinguindo ondas de superfície no substrato de antenas de microfita. A geometria adotada melhora ainda parâmetros das antenas como por exemplo a eficiência e a largura de banda. Os Softwares Comerciais HFSS e CST foram utilizados para as simulações das antenas. Após as etapas da simulação numérica foram obtidos os resultados dos parâmetros desses dispositivos. A primeira antena (rede periódica com substrato cerâmico) obteve perda de retorno de -36,21 dB, para uma frequência de ressonância de 10,26 GHz, com largura de banda de 2,18 GHz . Nas simulações das antenas de microfita com Patch de Grafeno a antena h3 obteve dupla banda de transmissão com potencial químico do grafeno de 0,3 eV.
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Filtro eletromagnético baseado em grafeno operando na região THz.
(Universidade Federal do Pará, 2024-04-04) SANTOS, Luis Eduardo de Sena dos; CASTRO, Wagner Ormanes Palheta; http://lattes.cnpq.br/4322608238580829; DMITRIEV, Victor Alexandrovich; http://lattes.cnpq.br/3139536479960191
Neste estudo, um filtro plasmônico compacto em nanoescala foi proposto e analisado numericamente. O filtro plasmônico é baseado em nanofitas de grafeno acopladas a um ressonador também de grafeno em forma de disco com cortes laterais horizontalmente e com inclinação de 45o, depositados sobre substrato dielétrico de sílica (SiO2) e silício 6 (Si), operando na região THz. Investigamos estruturas simples que permitem ajustar a frequência de ressonância do ressonador. Este trabalho fornece uma solução viável para estruturas de nano-filtros plasmônicos de grafeno para uso futuro em aplicações de dispositivos plasmônicos altamente integrados em regiões de THz e FIR.
Acesso aberto (Open Access)
Projeto de um demultiplexador de cristal fotônico bidimensional baseado em grafeno para aplicação em sistemas por divisão de comprimento de onda (WDM).
(Universidade Federal do Pará, 2024-03-15) SILVA, Alan dos Reis; COSTA, Marcos Benedito Caldas; http://lattes.cnpq.br/7636226766852440
Neste trabalho é apresentado um demultiplexador de oito canais de cristal fotônico 2D baseado em grafeno para aplicação em sistemas ópticos que utilizam a técnica de multiplexação por divisão de comprimento de onda - WDM. O dispositivo óptico foi projetado com base em uma rede cristalina quadrada de hastes dielétricas de sílicio imersas em ar e é formado por três partes principais: Guia de onda de barramento; Aneis ressonadores octagonais e guias de onda com curva em L. O Software COMSOL multiphysics e os pacotes python Legumes foram utilizados para o estudo e simulação da estrutura projetada. Na análise dos resultados da simulação foram avaliados o comprimento de onda ressonante, largura espectral, Fator de qualidade, Eficiência de transmissão, espaçamento entre canais e o nível de interferência eletromagnética (Crosstalk) para os oito canais do demultiplexador. Além disso, a análise dos resultados ocorreu para duas perspectivas distintas, na primeira delas analisou-se a relação entre os parâmetros de transmissão do demultiplexador com a variação do potencial químico do grafeno e na segunda explorou-se a aplicação do dispositivo em sistemas WDM. Em geral, as analises realizadas mostraram-se consideravéis quanto a aplicação do dispositivo fotônico em sistemas ópticos de multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM).
Acesso aberto (Open Access)
Superfície seletiva de frequências inteligente baseada em grafeno
(Universidade Federal do Pará, 2019-09-02) PAIVA, Rodrigo Rodrigues; OLIVEIRA, Rodrigo Melo e Silva de; http://lattes.cnpq.br/4768904697900863
Neste trabalho, uma formulação baseada no método das diferenças finitas no domínio do tempo (FDTD) e na técnica exponencial matriz é desenvolvida para modelar folhas de grafeno de espessura infinitesimal. Esta formulação é validada através da reprodução numérica de problemas envolvendo superfícies seletivas de frequência (FSS) baseadas em grafeno, conhecidas na literatura. Dessa forma, propõe-se neste trabalho um dispositivo FSS de grafeno inteligente. Essa característica é obtida por meio de uma célula unitária formada por um anel de grafeno com uma folha de grafeno colocada em sua abertura. Através da regulação apropriada dos potenciais químicos dos elementos de grafeno, são obtidos dois modos de operação sintonizáveis em frequência: modos de rejeição single- ou dual-band. Quando o dispositivo opera em seu modo de rejeição dual-band, qualquer uma das bandas de rejeição pode ser deslocada individualmente no espectro de frequências. Além disso, ambas as bandas de rejeição também podem ser reconfiguradas simultaneamente. Com o dispositivo operando no modo de rejeição single-band, é possível, também, deslocar sua banda de rejeição no espectro de frequências.
Acesso aberto (Open Access)
Theoretical study of plasmonically induced transparency effect in arrays of graphene-based double disk resonators
(Sociedade Brasileira de Micro-ondas e Optoeletrônica, 2019-03) PORTELA, Gianni Masaki Tanaka; DMITRIEV, Victor Alexandrovich; OLIVEIRA, Cristiano Braga de; CASTRO, Wagner Ormanes Palheta
Neste trabalho, consideramos ressonadores em forma de disco acoplados separados por um substrato dielétrico fino que pode ser usado como filtros sintonizáveis por freqüência ou como interruptores eletromagnéticos na faixa de freqüência terahertz. Os dois discos são acoplados eletromagneticamente e ressoam com os modos de plasma dipolo. Utilizando uma abordagem baseada na Teoria do Modo Acoplado Temporal, mostramos como calcular analiticamente a resposta de freqüência de tais estruturas. Os resultados analíticos estão em boa concordância com aqueles obtidos de simulações computacionais baseadas no método dos elementos finitos.