Neste trabalho apresentamos um estudo sistemático da transmissão da radiação eletromagnética em um conjunto de fendas metálicas individuais depositadas em substratos de vidro BK7 com larguras abaixo do comprimento de onda da luz incidente. As fendas foram obtidas através da evaporação térmica de prata e ouro sobre um substrato dielétrico (vidro BK7). A fabricação das fendas foi feita de forma direta através de um equipamento de feixe de íons de Gálio (FEI Quanta 3D). A transmissão óptica das fendas foi estudada com radiação laser para os comprimentos de onda de 488 nm e 632.8 nm. Observouse uma oscilação de intensidade na transmissão devido ao efeito de interferência dos surface plasmon polariton (SPP) gerados na superfície metálica como função da espessura do filme metálico. Os resultados experimentais obtidos foram confrontados com simulações computacionais, via método de elementos finitos, a partir das quais pode se compreender os mecanismos de propagação da radiação na estrutura em questão, e compará-los com detalhes da fabricação de fendas. Procedimento similar foi realizado ao variar a largura das mesmas. Também foi feita a análise da transmissão óptica em fendas fabricadas em filmes constituídos por camadas alternadas de prata e ouro, a fim de comparar como tal mudança na configuração da estrutura afeta os resultados anteriores. O trabalho serviu para mostrar que as dimensões dos filmes metálicos, assim como das fendas, apresentavam grande influência nas propriedades de transmissão e, além do que foi possível conferir diversos conceitos básicos da teoria eletromagnética num sistema relativamente simples. A compreensão dessas propriedades é fundamental para o desenvolvimento de futuros dispositivos que utilizam efeitos plasmônicos. / This work presents a systematic study of the transmission of electromagnetic radiation on a set of single metallic slits metallic with widths below the wavelength of incident light, deposited on BK7 glass substrates. The slits were obtained by thermal evaporation of silver and gold on a dielectric (BK7 glass). The fabrication of the slits was performed directly through a gallium ion beam equipment (FEI Quanta 3D). The optical transmission of the slits was studied by laser radiation for the wavelengths of 488 nm and 632.8 nm. An oscillation in the transmission intensity was observed due to the interference effect of the surface plasmon polariton (SPP) generated on the metallic surface as a function of the metal film thickness. The experimental results were compared with computational simulations, via finite element method, in order to comprehend the mechanisms of radiation propagation in the structure and compare them with details of slits fabrication. A similar procedure was performed by varying the width of the slits. An analagous analysis of the optical transmission in slits fabricated in films consisting of alternating layers of silver and gold was performed in order to compare how this change in structure configuration affects the previous results. The work served to show that the dimensions of the metal films, as well as of the slits, have a significant influence on the properties of transmission, and, moreover it was possible to confer different basic concepts of electromagnetic theory in a relatively simple system. Understanding these properties is fundamental for the development of future devices that make use of plasmonics effects.

Submitted by Luciclea Silva (luci@ufpa.br) on 2018-12-12T13:55:39Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_EfeitoFaradayKerr.pdf: 16378412 bytes, checksum: 333149481fb52c66a887b86674ecf0f0 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciclea Silva (luci@ufpa.br) on 2018-12-12T13:56:05Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_EfeitoFaradayKerr.pdf: 16378412 bytes, checksum: 333149481fb52c66a887b86674ecf0f0 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-12-12T13:56:05Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_EfeitoFaradayKerr.pdf: 16378412 bytes, checksum: 333149481fb52c66a887b86674ecf0f0 (MD5) Previous issue date: 2018-10-05 / 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, os efeitos 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 terahertz e infravermelho. Na faixa de frequência que corresponde ao THz são analisados 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 (B = 1 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 altera a impedância do sistema e consequentemente muda as propriedades magneto-ópticas do mesmo melhorando a rotação de Faraday em altas frequências (maiores que 7 THz) ainda com valores de campos magnéticos tidos como fracos. Tal característica não é possível se 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 (10 T, por exemplo). Adicionalmente, para as três estruturas periódicas foi calculada a rotação de Kerr que pode chegar ao valor 3,96_ dependendo da geometria escolhida. Para todos os casos, a máxima rotação de Faraday e Kerr ocorrem para frequências maiores que 8 THz. Estes resultados são melhores do que a resultados já publicados. Na região do infravermelho são estudos os efeitos de Faraday e 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 do que 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. / Photonics is a research field whose purpose lies in the use of light (photons), rather than electrons (electronics) in the realization of certain functions such as storage, transfer and processing of signals. In this context, it opens the possibility of development and production of devices whose storage capacity surpasses those of electronic devices. To do this, it is necessary to control the photons similarly, to what is done in electronics with the electrons. The control of radiation, in the context of photonics, can be realized through magneto-optical effects, such as the Faraday and Kerr effects. The Faraday effect is used as the basis of operation of devices such as optical isolators, current sensors and others. In turn, the Kerr effect is the basis of the operation of data storage devices (optical magnetic memory). In the present work, magneto-optical effects of Faraday and Kerr, as well as the transmission of electromagnetic radiation are studied in the regions of terahertz and infrared. In the frequency range that corresponds to the THz, the Faraday effect, the Kerr effect and the radiation transmittance are analyzed in periodic structures of graphene with different geometries. The structures analyzed in this work can present RF, for weak magnetic fields (B =1 T, for example), greater than 3_ depending on the choice of geometry that can be circles, squares, squares with small cuts in the corners and ribbons. Faraday rotation in these systems can be explained by a simple circuit model where the introduction of periodicity in the graphene promotes the increase of the system impedance and consequently changes the magneto-optical properties of the system, improving the rotation of Faraday at high frequencies (larger than 8 THz) still with magnetic field values taken as weak. This characteristic can not be obtained in a uniform sheet of graphene, since it is possible to obtain a strong rotation of Faraday at high frequencies with strong magnetic fields (10 T, for example). Additionally, for the three periodic structures it was calculated the Kerr rotation that can reach the value 3.96_ depending on the geometry chosen. For all cases, the maximum frequency of Faraday and Kerr rotations occur for frequencies greater than 7 THz. These results are better than results already published. In the infrared region are studies the effects of Faraday, Kerr, as well as extraordinary optical transmission in a plasmonic hybrid structure composed of four layers. For this, the Faraday rotation is of 7_ and 0.25 of of transmittance For wavelength 945 nm. Additionally, the Kerr effect can reach 23_. These results are better than results already published. In the proposed structure, the improvement of Faraday’s rotation is due to the increase of the Q factor of the resonances in the magneto-optical material layer.

Neste trabalho apresentamos um estudo sistemático da transmissão da radiação eletromagnética em um conjunto de fendas metálicas individuais depositadas em substratos de vidro BK7 com larguras abaixo do comprimento de onda da luz incidente. As fendas foram obtidas através da evaporação térmica de prata e ouro sobre um substrato dielétrico (vidro BK7). A fabricação das fendas foi feita de forma direta através de um equipamento de feixe de íons de Gálio (FEI Quanta 3D). A transmissão óptica das fendas foi estudada com radiação laser para os comprimentos de onda de 488 nm e 632.8 nm. Observouse uma oscilação de intensidade na transmissão devido ao efeito de interferência dos surface plasmon polariton (SPP) gerados na superfície metálica como função da espessura do filme metálico. Os resultados experimentais obtidos foram confrontados com simulações computacionais, via método de elementos finitos, a partir das quais pode se compreender os mecanismos de propagação da radiação na estrutura em questão, e compará-los com detalhes da fabricação de fendas. Procedimento similar foi realizado ao variar a largura das mesmas. Também foi feita a análise da transmissão óptica em fendas fabricadas em filmes constituídos por camadas alternadas de prata e ouro, a fim de comparar como tal mudança na configuração da estrutura afeta os resultados anteriores. O trabalho serviu para mostrar que as dimensões dos filmes metálicos, assim como das fendas, apresentavam grande influência nas propriedades de transmissão e, além do que foi possível conferir diversos conceitos básicos da teoria eletromagnética num sistema relativamente simples. A compreensão dessas propriedades é fundamental para o desenvolvimento de futuros dispositivos que utilizam efeitos plasmônicos. / This work presents a systematic study of the transmission of electromagnetic radiation on a set of single metallic slits metallic with widths below the wavelength of incident light, deposited on BK7 glass substrates. The slits were obtained by thermal evaporation of silver and gold on a dielectric (BK7 glass). The fabrication of the slits was performed directly through a gallium ion beam equipment (FEI Quanta 3D). The optical transmission of the slits was studied by laser radiation for the wavelengths of 488 nm and 632.8 nm. An oscillation in the transmission intensity was observed due to the interference effect of the surface plasmon polariton (SPP) generated on the metallic surface as a function of the metal film thickness. The experimental results were compared with computational simulations, via finite element method, in order to comprehend the mechanisms of radiation propagation in the structure and compare them with details of slits fabrication. A similar procedure was performed by varying the width of the slits. An analagous analysis of the optical transmission in slits fabricated in films consisting of alternating layers of silver and gold was performed in order to compare how this change in structure configuration affects the previous results. The work served to show that the dimensions of the metal films, as well as of the slits, have a significant influence on the properties of transmission, and, moreover it was possible to confer different basic concepts of electromagnetic theory in a relatively simple system. Understanding these properties is fundamental for the development of future devices that make use of plasmonics effects.

Submitted by Irvana Coutinho (irvana@ufpa.br) on 2013-01-16T15:26:59Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_EstudoEfeitosFaraday.pdf: 2830184 bytes, checksum: a65a882a543c4f569716126c34a612bb (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva(arosa@ufpa.br) on 2013-01-17T13:08:36Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_EstudoEfeitosFaraday.pdf: 2830184 bytes, checksum: a65a882a543c4f569716126c34a612bb (MD5) / Made available in DSpace on 2013-01-17T13:08:36Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_EstudoEfeitosFaraday.pdf: 2830184 bytes, checksum: a65a882a543c4f569716126c34a612bb (MD5) Previous issue date: 2012 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Neste trabalho foi investigada e otimizada uma nova heteroestrutura planar de três camadas com efeitos magneto-ópticos de Faraday e de Kerr aprimorados e transmissão óptica extraordinária na região de comprimento de onda de 925 a 1200 nm. Esta estrutura consiste de uma placa metálica não magnética de ouro perfurada periodicamente e colocada sobre duas finas camadas dielétricas, sendo uma composta por um material não magnético e outra composta por um material magnético (Bi-substituted Yttrium Iron Garnet) uniformemente magnetizado perpendicularmente ao seu plano. Analisando e otimizando esta estrutura, obteve-se rotação de Faraday e rotação de Kerr três vezes e nove vezes maior, respectivamente, que os de dispositivos análogos publicados na literatura. Além disso, esta estrutura foi otimizada para obter um aumento de 40% da transmissão óptica extraordinária, preservando o ângulo de rotação de Faraday. A heteroestrutura investigada pode ser utilizada em dispositivos ópticos não recíprocos. / In this work a new planar heterostructure of three layers with an enhanced magneto-optical Faraday and Kerr effects and extraordinary optical transmission in the wavelength region 925 to 1200 nm was investigated and optimized. This structure consists of a periodically perforated non-magnetic metallic (Au) plate, placed on two thin dielectric layers, one composed by non-magnetic material and other composed by magnetic material (Bi-Substituted Yttrium Iron Garnet) uniformly magnetized perpendicularly to its plane. Analyzing and optimizing this structure, we obtained Faraday rotation and Kerr rotation 3 times and 9 times larger, respectively, than those in analogues devices published in the literature. In addition, this structure was optimized to obtain a 40% increase of extraordinary optical transmission, preserving the angle of Faraday rotation. The investigated heterostructure can be used in non-reciprocal optical devices.