Revelando magentoplasmon polaritons em grafeno com THz s-SNOM em condições extremas

Resumo

Na última década, testemunhamos o domínio da plasmônica de grafeno na nanofotônica. Ao contrário dos plasmons em metais nobres, os plasmons de grafeno podem ser confinados com esplêndida sintonização, do Terahertz (THz) ao infravermelho médio (IR médio). Além disso, ao aplicar campos magnéticos ao grafeno, as ressonâncias dos cíclotrons podem se acoplar ao movimento da carga coletiva, dando origem aos magnetoplâmons (MP). Essas novas quasi-partículas foram observadas indiretamente em grafeno por técnicas de campo distante no THz, mas nunca imageadas no espaço real. A nanoimagem pode ser realizada por microscopia óptica de varredura de campo próximo do tipo espalhamento (s-SNOM). No entanto, adicionar o espectro THz a esse instrumento com controle preciso das condições ambientais, como temperatura e campos magnéticos, é um desafio enfrentado pela comunidade. Esta proposta visa investigar MP polaritons de superfície (SMPPs) em grafeno com um s-SNOM de última geração. O projeto é uma colaboração entre o grupo Imbuia (linha de luz infravermelha) do Laboratório Brasileiro de Luz Síncrotron (LNLS - Sirius) e o grupo de Mengkun Liu da Stony Brook University (EUA). O Prof. Liu é um pesquisador experiente que vem ampliando o escopo do s-SNOM, operando-o em temperaturas criogênicas e campos magnéticos elevados (crio-SNOM magnético), e implementando-o com Espectroscopia de Domínio de Tempo THz (TDS-SNOM). A primeira parte do estudo será realizada no Brasil, onde o aluno irá fabricar o dispositivo de grafeno para caracterização elétrica. No Estágio de Pesquisa no Exterior (BEPE), o aluno, sob orientação do Prof. Liu, auxiliará acoplar o sistema THz TDS ao crio-SNOM magnético e então, com a instrumentação adaptada, investigará SMPPs em grafeno. Acreditamos que o projeto não só trará avanços relevantes na pesquisa em nano-óptica de materiais quânticos, mas também fornecerá ao aluno fundamentos substanciais em THz e tecnologias criogênicas. (AU)