Plasmon-exciton coupling regimes in MoS2 monolayers on gold gratings: a reflectance analysis via FDTD simulations (2025)
- Authors:
- Autor USP: OLIVEIRA, WILLER FRANK DE SOUSA - IFSC
- Unidade: IFSC
- Sigla do Departamento: FCM
- DOI: 10.11606/D.76.2025.tde-27082025-093115
- Subjects: ÓPTICA; SEMICONDUTORES; MATERIAIS NANOESTRUTURADOS
- Keywords: Acoplamento plasmon-excíton; Differential reflectance; Divisão de Rabi; FDTD; MoS2; Plasmon-exciton coupling; Rabi splitting; Reflectância diferencial
- Agências de fomento:
- Language: Inglês
- Abstract: Este trabalho teve como objetivo investigar os regimes e o acoplamento em sistemas híbridos compostos por uma monocamada de dissulfeto de molibdênio (MoS2) acoplada a diferentes nanoestruturas metálicas de ouro, utilizando simulações numéricas baseadas no método do Domínio do Tempo por Diferenças Finitas (FDTD), complementadas por medidas experimentais de reflectância diferencial. A monocamada MoS2, um semicondutor bidimensional com uma banda proibida direta na região do visível, exibe excitações excitônicas bem definidas, notavelmente os excitons A e B. Ao projetar os parâmetros geométricos das grades metálicas, como periodicidade (Λ), profundidade (d) e largura da fenda (w), foi possível ajustar as ressonâncias plasmônicas para coincidir com as energias excitônicas da monocamada MoS2. Os parâmetros ótimos foram determinados como Λ = 400 nm, d = 70 nm e w = 50 nm, com a condição de excitação mais favorável ocorrendo em um ângulo de incidência de 50°. Entre as indicações mais relevantes de um possível regime de acoplamento forte está a observação de comportamento consistente com o fenômeno anti-cruzamento nos espectros simulados, que pode estar relacionado à divisão de Rabi e à formação de estados híbridos, conhecidos como plexcitons. Embora esses resultados sejam promissores, estudos adicionais são necessários para confirmar inequivocamente a ocorrência de acoplamento forte. Essas descobertas contribuem para a compreensão e o desenvolvimento de plataformas híbridas de plasmon-exciton para aplicações em nanofotônica, com impacto potencial no projeto de fotodetectores, sensores ópticos de alta sensibilidade, moduladores ultrarrápidos, fontes de luz coerentes em nanoescala e no aprimoramento de processos ópticos não lineares, como a Geração de Segundo Harmônico (SHG), em materiais bidimensionais.
- Imprenta:
- Publisher place: São Carlos
- Date published: 2025
- Data da defesa: 16.07.2025
- Status:
- Artigo publicado em periódico de acesso aberto (Gold Open Access)
- Versão do Documento:
- Versão publicada (Published version)
- Acessar versão aberta:
-
ABNT
OLIVEIRA, Willer Frank de Sousa. Plasmon-exciton coupling regimes in MoS2 monolayers on gold gratings: a reflectance analysis via FDTD simulations. 2025. Dissertação (Mestrado) – Universidade de São Paulo, São Carlos, 2025. Disponível em: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76134/tde-27082025-093115/. Acesso em: 10 abr. 2026. -
APA
Oliveira, W. F. de S. (2025). Plasmon-exciton coupling regimes in MoS2 monolayers on gold gratings: a reflectance analysis via FDTD simulations (Dissertação (Mestrado). Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de https://teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76134/tde-27082025-093115/ -
NLM
Oliveira WF de S. Plasmon-exciton coupling regimes in MoS2 monolayers on gold gratings: a reflectance analysis via FDTD simulations [Internet]. 2025 ;[citado 2026 abr. 10 ] Available from: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76134/tde-27082025-093115/ -
Vancouver
Oliveira WF de S. Plasmon-exciton coupling regimes in MoS2 monolayers on gold gratings: a reflectance analysis via FDTD simulations [Internet]. 2025 ;[citado 2026 abr. 10 ] Available from: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76134/tde-27082025-093115/ - Charge-transfer processes in the MoS2/WS2/hBN and MoS2/WS2 vertical heterostructures coupled to a plasmonic grating
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