Dissertação

{en_GB=Quantum Plasmonics} {} EVALUATED

{pt=Em materiais condutores como os metais e semicondutores, a oscilação coerente de cargas livres colectivas é observada para frequências tipicamente no espectro do ultravioleta. Este fenómeno afecta a resposta da permitividade, possibilitando que esta assuma valores negativos, e consegue também confinar a luz com comprimentos de onda inferiores aos correspondentes para a mesma onda em meio livre, abrindo portas para diversas aplicações. A oscilação rápida da densidade de eletrões pode ser quantizada, sendo o plasmão um \textit{quantum} de oscilação do plasma. Graças a esta quantização, são introduzidos conceitos referentes à Mecânica Quantica e à Plasmónica. Para uma interface constituída por um metal e um dieléctrico, o acopulamento entre os modos de radiação e plasmões, confinados na interface, dá origem às quasi-partículas \textit{surface plasmon-polaritons} (SPP). Os SPP são o principal foco de estudo nesta dissertação. A permitividade dos SPP é analisada para o caso em que o meio é local e para quando existe dispersão espacial. Em ambas as análises, é feita a derivação do campo electromagnético dos SPP no regime electroestático. Também é analisada a emissão espontânea de SPP para o problema em que se tem o átomo de dois níveis na vizinhança de uma chapa metálica. A interação entre estes dois elementos é também abordada, na qual se utiliza uma descrição local dos SPP no regime eletroestático. O contraste entre os regimes de acopulamento forte e fraco, relativamente à interação do átomo com os SPP, é contemplado neste estudo., en=In conducting materials such as metallic and semiconductor systems, coherent oscillations of collective free charge may be observed at frequencies usually in the ultraviolet spectrum. This phenomenon affects the permittivity response, which can assume negative values and allows sub-wavelength confinement of light, thus, enabling a wide range of applications. The rapid oscillations of the electron density can be quantized wherein a quantum of plasma oscillation is named plasmon. Due to this quantization, it is necessary to revise concepts of both Quantum Mechanics and the Plasmonics field. For a metal-dielectric interface, the coupling between light modes and plasmons confined at the interface gives origin to the quasi-particle surface plasmon polariton (SPP). The SPP represent the principal subject of this dissertation. The analysis of its permittivity response is performed either for the case where a local medium is assumed or for the scenario where the spatial dispersion is accounted. The quantization of the SPP electromagnetic field in the electrostatic regime is derived for both approaches. The spontaneous emission of SPP in the nonlocal approach is also subject of study for a system which consists in a two-level atom in the vicinity of a metal slab. The interaction between the atom and the SPP waves is examined, taking into account a local description of the SPP in the quasi-static approximation. Contrasts between strong and weak coupling regimes regarding the interaction of these two systems are also discussed.}
{pt=Plasmões, Plasmões de Superfície Locais, Plasmões de Superfície Não-locais, Interacções entre Matéria e Radiação, Electrodinâmica Quântica, Emissão Espontânea, en=Plasmon, Local Surface Plasmons, Non-local Surface Plasmons, Light–matter interactions, Quantum Electrodynamics, Spontaneous Emission}

Novembro 29, 2018, 17:30

Orientação

ORIENTADOR

Mário Gonçalo Mestre Veríssimo Silveirinha

Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores (DEEC)

Professor Associado