Efeitos de Faraday e Kerr em estruturas periódicas metálicas: grafeno na faixas de THz e Ouro-Dielétrico-Bi:YIG na faixa do infravermelho
Rotação de Faraday; Rotação de Kerr; Grafeno; Heteroestrutura plasmônica
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, o efeito 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 THz e infravermelho. Na faixa de frequência que corresponde ao THz é analisado 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 (1T, 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 promove o aumento da impedância o sistema e consequentemente altera as propriedades magneto-óptica do mesmo melhorando a rotação de Faraday em altas frequências (maiores 7 THz) ainda com valores de campos magnéticos tidos como fracos. Tal característica não é possível 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 (10T, por exemplo). Adicionalmente, para as três estruturas periódicas foi calculada a rotação de Kerr que pode chegar ao valor 2.6° dependendo da geometria escolhida. Para todos os casos, a frequência de máxima rotação de Faraday e Kerr ocorrem para frequências maiores que 7 THz. Estes resultados são melhores se comparados a resultados já publicados. Na região do infravermelho são estudos os efeitos de Faraday, 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 se comparados 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.