Tese de Doutorado #334 – Thales Fernando Damasceno Fernandes

Esta tese é dividida em duas partes: na primeira, estudamos fotônica integrada
e forças óticas em sistemas de guias de onda e, na segunda, estudamos
a alteração das propriedades óticas de um semicondutor 2D.
Para a primeira parte, um estudo detalhado das forças óticas, que ocorrem
em sistemas de guias de onda acoplados, é feito, onde explicamos e calculamos
corretamente a força de batimento que surge nesse sistema. Onde essa
força até então era ignorada ou apenas mal interpretada na literatura. Essa
força ótica difere drasticamente das forças óticas usuais nesse tipo de sistema,
que podem ser ou atrativas ou repulsivas. Já a força de batimento não é nem
atrativa ou repulsiva, mas pode atuar no centro de massa do sistema, dessa
maneira possibilitando acelerar os guias de onda em uma certa direção. A
origem dessa força de batimento é devido a transferência de momento transverso
que ocorre em guias de onda acoplados quando eles são excitados em
uma superposição de modos do sistema. Dessa maneira, a energia irá oscilar
entre um guia de onda e o outro, o que irá gerar uma troca de momento entre
luz e matéria e, consequentemente, uma força nos guias de onda. O estudo
dessa força foi realizado tanto analiticamente quanto por simulações por elementos
finitos (FEM – Finite Element Method) e foi observado que esta força
que varia com a direção de propagação. Como a força em sistemas eletromagnéticos
varia com o quadrado dos campos eletromagnéticos, quando se
excita uma soma de modos do sistema, haverá sempre um batimento no sistema.
Cálculos explícitos dessa força ótica concordam muito bem com uma
heurística, derivada a partir da transferência de momento entre os guias de
onda. Nossos resultados demonstram que nesse tipo de sistema o momento
associado é provavelmente o de Minkowski. Posteriormente, o calculo da
força de batimento é generalizado para o caso de guias curvos e superposições
arbitrarias e comparada com diferentes modelos de forças, onde foi
mostrado as principais diferenças entre cada modelo.
Para a segunda parte da tese, foi usado o processo de oxidação local (LAO
– Local Anodic Oxidation) via técnicas de microscopia de varredura por sonda
(SPM – Scanning Probe Microscopy) para oxidar MoS2 multicamadas. Foi visto
que sem um ajuste fino do processo de LAO é possível criar monocamadas
de MoS2 de tamanhos, geometrias e posicionamento variados. Essas monocamadas
estão cobertas em óxido de molibdênio, criando uma heteroestrutura
MoS2-MoO3. Foi observado que nessas heteroestruturas há um aumento
na luminescência (PL – Photoluminescence) de até duas ordens de magnitude.
A origem desse aumento está relacionada à retirada de cargas do MoS2 pelo
MoO3, dessa maneira fazendo a emissão do MoS2 ser predominantemente
de éxcitons neutros ao invés de tríons, o que consiste de uma emissão muito
mais eficiente