Tese

Insights into the coupling mechanism between rare-earth ions and surface plasmon polaritons: a phenomenological approach (2025)

• Authors:
  • Calderón, Gaston Lozano
  • Marega Junior, Euclydes
• Autor USP: CALDERÓN, GASTON LOZANO - IFSC
• Unidade: IFSC
• Sigla do Departamento: FCM
• DOI: 10.11606/T.76.2025.tde-14042025-110633
• Assunto: TERRAS RARAS
• Keywords: Acoplamento; Coupling; Emissor quântico; Plasmônica; Plasmonics; Quantum emitters; Rare-earths; Tellurite glasses; Vidros teluritos
• Agências de fomento:
  • Financiamento FAPESP
  • Financiamento CNPq
• Language: Inglês
• Abstract: O acoplamento entre íons de terras raras e plasmons de superfície é um assunto interessante, demonstrado principalmente por aprimoramentos de luminescência. No entanto, as explicações atuais para esse fenômeno geralmente citam os aprimoramentos do campo local e os processos de transferência de energia. Assim, os mecanismos responsáveis por esse acoplamento ainda não foram totalmente elucidados e estão dando origem a novos conceitos e efeitos em plasmônica quântica. Esta pesquisa tem como objetivo estudar o mecanismo de acoplamento utilizando vidros teluritos dopados com Er^[3+] e estruturas plasmônicas em três contextos: absorção, emissão e controle de polarização. No contexto da absorção, o estudo explora a interferência quântica entre os íons Er^[3+] e as bandas de absorção de plasmones de superfície, empregando o modelo de ressonância de Fano para descrever o acoplamento com um arranjo de nanofendas. Quanto à emissão, aprimoramentos na luminescência no infravermelho próximo do Er^[3+], ou seja, a transição4I13/2 → 4I15/2 centrada em ≈ 1530nm, são analisadas através do acoplamento plasmon-fóton com nanopartículas de Au embutidas em vidro telurito dopado com Er3+. Este mecanismo é examinado em temperaturas criogênicas, onde a resposta plasmônica das nanopartículas de Au é intensificada. Além disso, o estudo é estendido utilizando estruturas baseadas em nanopilares, demonstrando efeitos de cavidade que modificam a emissão de 1,53 µm do Er3+, resultando em um aumento na largura de banda de até 143% e deslocamento das intensidades relativas dos níveis Stark dos estados 4I13/2 e 4I15/2. O controle de polarização das emissões no infravermelho próximo do Er3+ é mostrado para depender fortemente de melhorias no campo local próximo, alcançadas através de transmissão óptica extraordinária em estruturas nanoestruturadas tipo bull’seye. Portanto, esse projeto de doutorado proporciona uma compreensão avançada da plasmônica na engenharia de emissores quânticos.
• Imprenta:
  • Publisher place: São Carlos
  • Date published: 2025
• Data da defesa: 20.02.2025

Informações sobre o DOI: 10.11606/T.76.2025.tde-14042025-110633 (Fonte: oaDOI API)
• Este periódico é de acesso aberto
• Este artigo é de acesso aberto
• URL de acesso aberto
• Cor do Acesso Aberto: gold
• Licença: cc-by-nc-sa

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How to cite

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• ABNT

  CALDERÓN, Gaston Lozano e MAREGA JUNIOR, Euclydes. Insights into the coupling mechanism between rare-earth ions and surface plasmon polaritons: a phenomenological approach. 2025. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Carlos, 2025. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76134/tde-14042025-110633/. Acesso em: 13 jun. 2025.

• APA

  Calderón, G. L., & Marega Junior, E. (2025). Insights into the coupling mechanism between rare-earth ions and surface plasmon polaritons: a phenomenological approach (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76134/tde-14042025-110633/

• NLM

  Calderón GL, Marega Junior E. Insights into the coupling mechanism between rare-earth ions and surface plasmon polaritons: a phenomenological approach [Internet]. 2025 ;[citado 2025 jun. 13 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76134/tde-14042025-110633/

• Vancouver

  Calderón GL, Marega Junior E. Insights into the coupling mechanism between rare-earth ions and surface plasmon polaritons: a phenomenological approach [Internet]. 2025 ;[citado 2025 jun. 13 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76134/tde-14042025-110633/

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