Análise de ressonâncias eletromagnéticas em estrutura periódica de discos de grafeno magnetizadosd na faixa de terahertz

Desde seu isolamento em 2004, o grafeno tem se mostrado um material promissor, pois permite forte interação de portadores de carga com radiação terahertz (THz). Esta extensa interação com a luz se deve à excitação de polaritons de plasmon de superfície (SPPs) proporcionando assim diversas aplicações nas áreas de fotônica THz. Na presença de um campo magnético externo, a ressonância de cíclotron domina nos espectros THz. Neste trabalho analisamos vários modos de ressonância (dipolo, quadrupolo, hexapolo e os modos com simetria azimutal) que podem existir no disco de grafeno em um arranjo com células unitárias quadradas periódicas. Calculamos as ressonâncias com magnetização por campo magnético externo DC variando até 3T e as comparamos com o caso da mesma estrutura sem magnetização, onde observou-se que a presença do campo magnético resulta no desdobramento de alguns modos ressonantes. As características ressonantes são obtidas numericamente usando o software COMSOL Multiphysics em dois estudos distintos e complementares: o regime de cálculo de autofrequência referente aos modos naturais de ressonância e o de excitação por onda plana (plane wave) com incidência normal. As condições de contorno Floquet nos quatro lados das células unitárias são usadas para simular a estrutura periódica no plano do grafeno. O lado da célula unitária (ou seja, o período da matriz) usado no cálculo numérico é A = 9µm, o raio do disco de grafeno é D = 3µm. O problema da excitação de alguns modos por incidência de onda plana é discutido do ponto de vista da simetria circular que, para gerar os picos de ressonância neste regime, precisou ser quebrada através de um corte sutil no formato de fenda retangular de tamanho Lx = 10nm por Ly = 550nm, partindo axialmente da borda. O disco é modelado como elemento bidimensional, e isso fornece uma boa aproximação da espessura atômica de uma única camada desse material. A condutividade é modelada pelo modelo semi-clássico de Drude. A discussão das propriedades do ressonador é cumprida em termos de correntes no grafeno e campos eletromagnéticos fora do grafeno. As aplicações potenciais dos resultados obtidos são rotadores Faraday e Kerr, filtros controláveis e absorvedores para circuitos fotônicos THz