Modelagem e caracterização de um dispositivo optoeletrônico baseado no fenômeno de ressonância de plásmons de superfície operando no modo de grade. - RODRIGUES, Eloise dos Passos. (2017)
Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de um sistema sensor utilizando o fenômeno da ressonância de plásmons de superfície na grade periódica. Com a finalidade de avaliar a influência da geometria da interface na sensibilidade do sensor, é realizado um estudo teórico e prático para calcular a curva de ressonância na interface periódica. O sistema sensor é projetado a partir da construção de um dispositivo optoeletrônico, cuja caracterização em uma estrutura multicamada permite que seja utilizado para excitar os plásmons de superfície. O dispositivo possui uma região de sensoriamento composta por uma grade periódica com perfil dente de serra com bordas arredondadas. A análise da geometria dessa estrutura foi realizada através de um estudo teórico, que serviu como ponto de partida na abordagem matemática e formulação do problema. A solução foi avaliada a partir de uma ferramenta computacional comercial, que utiliza o método dos elementos finitos para resolver as equações envolvidas considerando todas as condições adotadas, cujos resultados foram validados através de experimentos. Para realização desses experimentos, foram confeccionados três dispositivos distintos, utilizando o processo de deposição metálica. Os metais ouro (Au), prata (Ag) e cobre (Cu) foram depositados em camadas de escala nanométrica formando um filme fino de metal sobre a grade. Simulações e testes experimentais foram realizados abordando cada dispositivo construído sob as mesmas condições. Dois tipos de estudos foram realizados a partir da incidência do feixe de luz: o primeiro variando o ângulo de incidência e o segundo, o comprimento de onda da luz. Em ambos os métodos, a luz teve sua incidência direta na grade metálica objetivando alcançar uma maior sensibilidade do dispositivo. Os resultados obtidos por simulações e experimentos, a partir da luz refletida pela grade periódica na ordem zero, foram apresentados como modelos de curva, cujos eixos: refletividade × comprimento de onda e refletividade × ângulo de incidência, demonstraram a queda da refletividade para uma determinada faixa de comprimento de onda, ou ângulo de ressonância. Aplicações do sistema sensor proposto neste trabalho foram vislumbradas para detecção de gases, mais expecificamente vapor de água condensado, sendo analisada sua eficiência e sensibilidade na detecção deste composto.