Espectroscopia Raman na análise de grafeno para aplicações fotônica

Resumo

O projeto de pesquisa "Grafeno: Fotônica e Opto-Eletrônica, Colaboração UPM-NUS" (Processo nº 2012/50259-8) para atingir seus objetivos, está contratando novos professores, post-docs (http://www.nature.com/naturejobs/science/) e estudantes; e além disto está criando um ambiente de pesquisa atrativo para que pesquisadores visitantes possam estar sempre presentes em nosso Centro. O Prof. Marcos Pimenta, é um renomado profissional na área de espectroscopia Raman e sua visita nos auxiliará, dentre outras coisas, a construir este ambiente propicio de atividade científica. ******O Prof. Pimenta estará vinculado diretamente ao projeto, que tem por finalidade explorar as excelentes propriedades ópticas do Grafeno, tanto do ponto de vista de pesquisa básica como do estudo da resposta óptica não-linear, quanto da perspectiva aplicada, com o desenvolvimento de dispositivos fotônicos e opto-eletrônicos. Para este propósito, estamos construindo um edifício sede para MackGrafe (www.mackenzie.br/mackgrafe.html) com instalações de crescimento, processamento e caracterização de dispositivos baseados em Grafeno. O Centro é um centro "irmão" do Graphene Research Centre da National University of Singapore, dirigido pelo Prof. A.H Castro Neto, trabalhando de forma complementar. ******O projeto compreende quatro linhas de pesquisa que ainda são embrionárias na literatura: (1) óptica não-linear e fenômenos ultra-rápidos; (2) desenvolvimento de absorvedores saturáveis para geração de pulsos ultra-curtos e lasers; (3) desenvolvimento de dispositivos plasmônicos e acoplamento a guias de onda fotônicos; (4) desenvolvimento de moduladores ópticos integrados às fibras ópticas para aplicação em comunicações ópticas. O sucesso desse projeto depende fundamentalmente da ampla disponibilidade de amostras de Grafeno em substratos apropriados, com baixa resistência elétrica e alta transparência óptica, e em escalas de tamanho compatíveis com dispositivos fotônicos, ópticos, e opto-eletrônicos. ******Neste contexto, a Espectroscopia Raman é de fundamental importância para o projeto, uma vez que as estruturas cristalinas ordenadas e desordenadas do carbono são especialmente distinguíveis a partir da espectroscopia Raman. O espectro Raman do grafite apresenta uma linha intensa em torno de 1582 cm-1, correspondente à vibração fundamental (primeira ordem) de elongação tangencial denominada G e usualmente associada ao modo vibracional ou fônon E2g dos átomos de carbono sp2 e outra linha mais fraca, em torno de 2690 cm-1, denominada D', correspondente a um sobretom (ou harmônico de segunda ordem). Além disso, no espectro do grafite policristalino se observam uma linha na região de 1350 cm-1, denominada D ("Disorder induced") e uma linha G´ de baixa intensidade em 3248 cm-1. ******Por outra parte, no espectro Raman de nanofolhas de Grafeno a linha G é alargada e deslocada para 1595 cm-1. Simultaneamente, a intensidade da linha D em 1350 cm-1 aumenta substancialmente, e ela muda sua forma, largura e posição, o qual é atribuído ao decrescimento significativo do tamanho dos domínios sp2 devido à estrutura cristalina "parcialmente ordenada" do grafite nas nanofolhas de Grafeno. Esse efeito, desde que foi reportado faz com que a espectroscopia Raman seja sempre utilizada para detectar a estrutura eletrônica do Grafeno e sua dependência do número de camadas, devido ao processo Raman de ressonância dupla. Esse comportamento faz da espectroscopia Raman uma técnica não destrutiva fundamental no estudo do Grafeno. ******Desta forma, o Professor Marcos Pimenta, durante sua visita desenvolverá as seguintes atividades relacionadas a Espectroscopia Raman:*Na pós-graduação, ministrará um curso sobre propriedades ópticas de Grafeno. *Curso/treinamento sobre caracterização Raman em grafeno e nanomateriais. *Colaboração ativa com todos os pesquisadores envolvidos no projeto. (AU)