Circulador de três portas baseado em grafeno com modo ressonante quadrupolar
na região de terahertz
Circulador; grafeno; plasmons de superfície; THz; dispositivo não recíproco.
É proposto e analisado um circulador óptico de três portas no formato Y, baseado em grafeno, operando no
modo quadrupolar na região terahertz do espectro eletromagnético. O dispositivo analisado tem como
base o funcionando em um modo superior de ressonância, chamado quadrupolo. É comparado com o
modo dipolo já encontrado na literatura, mas esse modo superior é demonstrado a redução de 55% do
campo magnético externo aplicado, sendo este de 0,2 T, além do mais, é mantido a mesma frequência de
funcionamento nos dois modos ressonantes. O mesmo é constituído de três guias de ondas acoplados a
uma cavidade ressonante magnetizada em forma de disco. 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 quadrupolar da cavidade ressonante de grafeno
magnetizado. Utilizando a Teoria de Grupos Magnéticos, conseguimos analisar as matrizes de
espalhamento das componentes de simetria do dispositivo. Os cálculos numéricos foram obtidos através
do software Comsol Multiphysics. Simulações numéricas demonstram o isolamento de -21 dB, perdas de
inserção próximo de -3 dB, reflexão em torno de -18 dB com a frequência central de 5,38 THz. O campo
magnético DC de polarização aplicado é de 0,2 T, demonstrando uma redução significativa em comparação
ao com modo dipolo encontrado na literatura. A frequência central do circulador pode ser mantida pela
mudança do potencial químico e do raio da cavidade ressonante de grafeno.