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Tipo: Dissertação
Data do documento: 27-Fev-2023
Autor(es): SILVA, Amanda Evangelista da
Primeiro(a) Orientador(a): DMITRIEV, Victor Alexandrovich
Primeiro(a) coorientador(a): OLIVEIRA, Cristiano Braga de
Título: Análise de ressonâncias eletromagnéticas em estrutura periódica de discos de grafeno magnetizadosd na faixa de terahertz
Agência de fomento: 
Citar como: SILVA, Amanda Evangelista da. Análise das ressonâncias eletromagnéticas em estrutura periódica de discos de grafeno magnetizados na faixa de terahertz. Orientador: Victor Alexandrovich Dmitriev; Coorientador: Cristiano Braga de Olioveira. 2023. 78 f Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Instituto de Tecnologia, Universidade Federal do Pará, Belém, 2023. Disponível em:https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/16618 . Acesso em:.
Resumo: 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
Abstract: Since its isolation in 2004, graphene has shown to be a promising material, as it allows strong interaction of charge carriers with terahertz (THz) radiation. This extensive interaction with light is due to the excitation of surface plasmon polaritons (SPPs) thus providing several applications in the areas of THz photonics. In the presence of an external magnetic field, the cyclotron resonance dominates in the THz spectra. In this work we analyze several resonance modes (dipole, quadrupole, hexapole and modes with azimuthal symmetry) that can exist in the graphene disk in an arrangement with periodic square unit cells. We calculated the resonances with magnetization by an external DC magnetic field ranging up to 3T and compared them with the case of the same structure without magnetization where it was observed that the presence of the magnetic field results in the splitting of some resonant modes. The resonant characteristics are numerically obtained using the COMSOL Multiphysics software in two distinct and complementary studies: the eigenfrequency calculation regime referring to the natural modes of resonance and the plane wave excitation with normal incidence. Floquet boundary conditions on the four sides of the unit cells are used to simulate the in-plane periodic structure of graphene. The unit cell side (i.e. the period of the matrix) used in the numerical calculation is A = 9µm, the radius of the graphene disk is D = 3µm. The problem of excitation of some modes is discussed from the point of view of the circular symmetry that, to generate the resonance peaks in this regime, had to be broken through a subtle cut in the shape of a rectangular slit of size Lx = 10nm by Ly = 550nm starting axially from the edge. The disk is modeled as a two-dimensional element, and this provides a good approximation of the atomic thickness of a single layer of this material. Conductivity is modeled by the semi-classical Drude model. The discussion of resonator properties is fulfilled in terms of graphene currents and electromagnetic fields outside graphene. Potential applications of the obtained results are Faraday and Kerr rotators, controllable filters and absorbers for THz photonic circuits
Palavras-chave: Grafeno
ondas eletromagnéticas
Terahertz
Ressonancias eletromagnéticas
SPPs (Surface plasmons polaritons)
Electromagnetics waves
Área de Concentração: TELECOMUNICAÇÕES
Linha de Pesquisa: ELETROMAGNETISMO APLICADO
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::TELECOMUNICACOES
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal do Pará
Sigla da Instituição: UFPA
Instituto: Instituto de Tecnologia
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
Fonte URI: Disponível na internet via correio eletronico: bibliotecaitec@ufpa.br
Aparece nas coleções:Dissertações em Engenharia Elétrica (Mestrado) - PPGEE/ITEC

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