TECNICAS DE FOTOACUSTICA E TERAHERTZ APLICADAS A BIOFOTONICA E FOTONICA EM ESTUDOS DE MATERIAIS 2D
fotoacústica; terahertz; imageamento fotoacústico; nanomateriais.
Atualmente, os avanços tecnológicos exigem dispositivos menores, mais rápidos e mais eficientes. Isso torna os nanomateriais essenciais, pois oferecem soluções inovadoras ao melhorar o desempenho em escala nanométrica e impulsionar o desenvolvimento de novos materiais. Suas aplicações abrangem diversas áreas, desde transistores de próxima geração e eletrônicos flexíveis até células solares de alta eficiência e sistemas avançados de entrega de fármacos. No entanto, um dos principais desafios ao trabalhar com nanomateriais é a sua caracterização, que requer técnicas sem contato e não destrutivas. As propriedades eletrônicas, estruturais e ópticas desses materiais são fundamentais para o futuro da ciência dos materiais.
Dividida em cinco capítulos, esta tese apresenta os resultados obtidos a partir de duas técnicas poderosas utilizadas para caracterizar diferentes tipos de materiais 2D: fotoacústica (PA) e espectroscopia no terahertz (THz). Ambos os métodos são amplamente utilizados para imageamento e análise de materiais. Após uma breve introdução no Capítulo 1, o Capítulo 2 apresenta uma explicação breve sobre absorção e refração como um lembrete conceitual. O Capítulo 3 é dedicado à fotoacústica, explicando os fenômenos envolvidos, suas equações e aplicações. A microscopia fotoacústica (PAM) é introduzida, e os resultados obtidos em laboratório com essa técnica são apresentados para quatro tipos diferentes de nanopartículas: nitreto de titânio (TiN), nanopartículas de ouro (nanocristais esféricos e nanobastões), nanopartículas co-dopadas com érbio-itérbio (Er³⁺-Yb³⁺) e um nanocompósito de óxido de ferro (Fe₃O₄@βCD-PHY). Todas as imagens obtidas com a PAM apresentaram excelente resolução e contraste. Além disso, o fato de que todas as amostras possuem propriedades ópticas e eletrônicas distintas confirma a utilidade da microscopia fotoacústica. O Capítulo 4 explora experimentos no terahertz, como a Espectroscopia no Domínio do Tempo no Terahertz (THz-TDS). A teoria para geração e detecção da radiação THz é apresentada, assim como suas aplicações dentro dessa faixa de frequência do espectro eletromagnético. São discutidos os resultados da caracterização de dicalcogenetos de metais de transição (TMDs) bidimensionais e o design de um filtro contínuo sintonizável para sistemas de telecomunicação em THz. O Capítulo 5 apresenta os trabalhos futuros que serão desenvolvidos para os experimentos em THz. Por meio destes capítulos, este trabalho busca contribuir para o crescente campo da caracterização de nanomateriais.