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Absorção em quasi-cristais fotônicos
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2021-07-27) Silva, Everson Frazão da; Vasconcelos, Manoel Silva de; http://lattes.cnpq.br/6345339220512423; http://lattes.cnpq.br/5742169631007551; Anselmo, Dory Helio Aires de Lima; http://lattes.cnpq.br/0554474279738500; Albuquerque, Eudenilson Lins de; http://lattes.cnpq.br/3594651355252245; Pereira Júnior, João Milton; http://lattes.cnpq.br/8000258491459487; Costa Filho, Raimundo Nogueira da; http://lattes.cnpq.br/0434393043515628
Depois do trabalho pioneiro de Yablonovitch (em 1987) sobre cristais fotônicos, houve um interesse crescente nos estudossobre a propagação de ondas eletromagnéticas em multicamadas periódicas, principalmente pela possibilidade de guiar,permitir ou proibir a propagação da luz em determinadas faixas de frequência com o uso dos band gaps. Por outro lado, após ostrabalhos pioneiros de Kohmoto (também em 1987), o estudo dos quasi-cristais fotônicos vem recebendo bastante destaque. Osquasi-cristais fotônicos exibem ordem de longo alcance, simetria não translacional e uma característica nos espectros ópticosde auto-similaridade, uma propriedade bastante interessante nos estudos dos fractais. Nesta tese de doutorado, abordaremos umestudo sobre o espectro de absorção e transmissão óptica em multicamadas, utilizando a teoria dos quasi-cristais fotônicos. Atécnica que utilizamos para o cálculo do espectro óptico é a técnica da matriz transferência. Os quasi-cristais fotônicos queestudamos são formados pelas sequências de Octonacci e Dodecanacci. Também, os grafenos são materiais que receberambastante atenção por suas propriedades optoeletrônicas, mesmo com ausência de band gap. Nesta tese usamos o Grafeno nasinterfaces entre as camadas para obtenção dos espectros e comparamos os resultados com o caso sem grafenos. Investigamostambém o efeito do potencial químico para o controle dos band gaps nessas estruturas, bem como a influência da incidênciaoblíqua. O estudo da absorção coerente perfeita tem recebido também bastante destaque nos últimos anos, sobretudo pordiversas aplicações tecnológicas, como moduladores, refletores de Bragg, estruturas plasmônicas, entre outras. Por outro lado,sistemas hermitianos, anteriormente presentes apenas na mecânica quântica, tiveram seus estudos se expandindo para sistemas-acústicos e eletrônicos. Os sistemas não hermitianos, tiveram seu equivalente em sistemas ópticos onde ocorre o quechamamos de simetria de paridade-tempo (simetria PT), onde os índices de refração do material satisfazem a condição n(x) =n * (-x). Nesta tese calculamos ainda o espectro de transmissão em um cristal fotônico com simetria PT que são formados porsequências quasi-periódicas bastante conhecidas na literatura, a saber: Fibonacci, Thue Morse e Duplo Período. Em nossosresultados mostramos a existência de picos de alta transmissão em conseqüência da definição da simetria PT nos quasi-cristaisfotônicos.
Band gaps and transmission spectra in generalized Fibonacci σ(p,q) one-dimensional magnonic quasicrystals
(IOP Publishing., 2013) Costa, Carlos Humberto Oliveira; Vasconcelos, Manoel Silva de
We employ a microscopic theory to investigate spin wave (magnon) propagation through their dispersion and transmission spectra in magnonic crystals arranged to display deterministic disorder. In this work the quasiperiodic arrangement investigated is the well-known generalized Fibonacci sequence, which is characterized by the σ(p,q) parameter, where p and q are non-zero integers. In order to determine the bulk modes and transmission spectra of the spin waves, the calculations are carried out for the exchange dominated regime within the framework of the Heisenberg model and taking into account the random phase approximation. We have considered magnetic materials that have a ferromagnetic order, and the transfer-matrix treatment is applied to simplify the algebra. The results reveal that spin wave spectra display a rich and interesting magnonic pass- and stop-bands structures, including an almost symmetric band gap distribution around of a mid-gap frequency, which depends on the Fibonacci sequence type
Band gaps in the terahertz frequency range in quasiperiodic one-dimensional magnonic crystals
(Elsevier, 2010) Costa, Carlos Humberto Oliveira; Barbosa, P. H. R.; Barbosa Filho, F. F.; Vasconcelos, Manoel Silva de; Albuquerque, Eudenilson Lins de
In this work we investigate magnonic band gaps, in the terahertz (THz) frequency range, in periodic and quasiperiodic (Fibonacci sequence) magnonic crystals formed by layers of Cobalt (Co) and Permalloy (Py). Our theoretical model is based on a magnetic Heisenberg Hamiltonian in the exchange regime, together with a transfer-matrix treatment within the random-phase approximation (RPA). For periodic arrangements the bulk band structure is analogous to those found in photonic crystals, while for quasiperiodic multilayers it presents additional pass bands similar to those found in doped electronic materials
Characterization of the magnetic phases of holmium nanofilms via magnetic neutron scattering
(Elsevier, 2019) Mello, V. D.; Santiago, F. A. L.; Anselmo, Dory Hélio Aires de Lima; Vasconcelos, Manoel Silva de; Almeida, N. S.
Magnetic phases of holmium films are associated with the intensity of the magnetic neutron scattering. It is shown that each magnetic phase of the system (fan, helifan, spin-slip, helix and ferromagnetic) exhibits a characteristic profile of scattering which can be used as a fingerprint to identify it. In this paper, we present theoretical results obtained for holmium films 24 monolayers thick at a fixed temperature and in the presence of a dc magnetic field applied along the basal plane. A self-consistent local field algorithm was used to obtain the equilibrium configurations of the magnetic moments of the film and, with these results, the spin-spin correlation functions which determine the shape of the neutron scattering intensity were calculated
Confinamento de fónons ópticos em estruturas piezoelétricas periódicas e quasiperiódicas
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2005-11-12) Sesion Júnior, Paulo Dantas; Albuquerque, Eudenilson Lins de; ; http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4783172H5; ; http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4705506E0; Vasconcelos, Manoel Silva de; ; http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4728584D2; Costa, José Alzamir Pereira da; ; http://lattes.cnpq.br/5592146590288686; Bezerra, Claudionor Gomes; ; http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4780822H8
Neste trabalho estudamos o espectro de fónons ópticos em estruturas periódicas e quasiperiódicas (tipo Fibonacci) compostas pelos nitretos da família dos semicondutores III-V (GaN and AlN) intercalados por um material dielétrico (sílica-SiO2). Devido ao desalinhamento entre as camadas da sílica e do GaN, AlN, que pode levar a deslocamentos atômicos com densidade eletrônica tão alta quanto 1010 cm−1, e uma diferença de parâmetro de rede (_ 14%), a dinâmica dos fónons será descrita por meio de um modelo teórico em que as equações eletromagnéticas e elásticas estão acopladas através do tensor piezoelétrico, ressaltando o campo de polarização piezoelétrica presente. Usamos também um tratamento de matriz transferência para simplificar a álgebra do problema, que seria, caso contrário, bastante complicada, permitindo uma expressão analítica elegante para a curva de dispersão dos fónons. Além disso, uma análise quantitativa da localização e magnitude das larguras de bandas de energia permitida no espectro dos fónos ópticos, assim como a sua lei de escala são apresentados e discutidos
Critical behavior of the 2D Ising model modulated by the Octonacci sequence
(IOP Publishing, 2017) Alves, G. A.; Vasconcelos, Manoel Silva de; Alves, T. F. A.
We investigated the Ising model on a square lattice with ferro and antiferromagnetic interactions modulated by the quasiperiodic Octonacci sequence in both directions of the lattice. We have applied the replica exchange Monte Carlo (parallel tempering) technique to calculate the thermodynamic quantities of the system. We obtained the order parameter, the associated magnetic susceptibility (χ) and the specific heat $(c)$ in order to characterize the universality class of the phase transition. Also, we use the finite size scaling method to obtain the critical temperature of the system and the critical exponents β, γ and ν. In the low temperature limit we have obtained a continuous transition with critical temperature around $T_{\rm c} \approx 1.413$ . The system obeys the Ising universality class with logarithmic corrections. We found estimatives for the correction exponents $\hat{\beta}$ , $\hat{\gamma}$ and $\hat{\lambda}$ by using the finite size scaling technique
Critical properties of a two-dimensional Ising magnet with quasiperiodic interactions
(American Physical Society, 2016) Alves, G. A.; Vasconcelos, Manoel Silva de; Alves, T. F. A.
We address the study of quasiperiodic interactions on a square lattice by using an Ising model with ferromagnetic and antiferromagnetic exchange interactions following a quasiperiodic Fibonacci sequence in both directions of a square lattice. We applied the Monte Carlo method, together with the Metropolis algorithm, to calculate the thermodynamic quantities of the system. We obtained the Edwards–Anderson order parameter qEA, the magnetic susceptibility χ, and the specific heat c in order to characterize the universality class of the phase transition. We also use the finite size scaling method to obtain the critical temperature of the system and the critical exponents β, γ , and ν. In the low-temperature limit we obtained a spin-glass phase with critical temperature around Tc ≈ 2.274, and the critical exponents β, γ , and ν, indicating that the quasiperiodic order induces a change in the universality class of the system. Also, we discovered a spin-glass ordering in a two-dimensional system which is rare and, as far as we know, the unique example is an under-frustrated Ising model
Descrição não-convencional de fractais generalizados de Cantor e de sequências cromossômicas do DNA humano no Formalismo de Kaniadakis
(2016-12-16) Souza, Nyladih Theodory Clemente Mattos de; Anselmo, Dory Hélio Aires de Lima; ; http://lattes.cnpq.br/0554474279738500; ; http://lattes.cnpq.br/3222182389075099; Vasconcelos, Manoel Silva de; ; http://lattes.cnpq.br/6345339220512423; Almeida, Nilson Sena de; ; http://lattes.cnpq.br/7368118414083905; Silva Júnior, Raimundo; ; http://lattes.cnpq.br/2680905746363331; Mello, Vamberto Dias de; ; http://lattes.cnpq.br/4851197994170100
No presente trabalho, apresentamos uma análise, via teoria de informação no contexto da estatística generalizada de Kaniadakis, de conjuntos generalizados de Cantor (tipo d-(m,r)), e do cromossomo Y do DNA humano. Os objetivos de nosso estudo são determinar, através da k-entropia (que é adequada para sistemas com correlações de longo alcance) as leis de escala, comportamentos auto-similares e dimensões fractais características desses dois sistemas: um determinístico, e outro encontrado na natureza. Para o conjunto generalizado de Cantor, determinamos analítica e numericamente os valores de k que tornam a entropia linear com o tamanho do sistema, obtendo uma relação entre k (o parâmetro de deformação), a dimensão fractal (df) e a dimensão de suporte (d). Usando o conceito de blocos, mostramos que para intervalos arbitrários de L (tamanho do sistema), e s (tamanho do bloco de informação) a k-entropia apresenta comportamento auto-similar, bem como um comportamento tipo lei de potência com respeito a s. Na análise entrópica do cromossomo Y observamos que, independentemente do valor de k, a entropia de Kaniadakis, quando apresentada em função do tamanho do sistema, apresenta em geral (mas não sempre) três regimes: um oscilatório, um monotonicamente linear, e outro de saturação. Este último é resultado do fato de que a entropia é extensiva, e o sistema é finito. O segundo regime, por sua vez, denota uma ordem interna aparente. No entanto, não foi possível observar um comportamento auto-similar. Nossa análise restringiu-se à parte codificante do cromossomo Y, onde desprezamos os trechos não-codificantes.
DFT calculations of the structural, electronic, optical and vibrational properties of anhydrous orthorhombic L-threonine crystals
(Elsevier, 2019) Araújo, Roniel de Lima; Vasconcelos, Manoel Silva de; Barboza, Carlos Antonio; Lima Neto, José Xavier de; Albuquerque, Eudenilson Lins de; Fulco, Umberto Laino
The structural, electronic, optical, vibrational and thermodynamic properties of the anhydrous orthorhombic L-threonine crystals are investigated by ab initio simulation using a pseudopotential approach within the density functional theory (DFT) method. We have considered both the generalized gradient approximation with dispersion correction (GGA+TS) and the local density approximation (LDA), respectively, as our exchange functionals. Within the GGA+TS calculations, an excellent agreement between the measured X-ray and our theoretical unit cell parameters was obtained, with deviations ∆a, ∆b, ∆c of -0.08 ˚A, 0.12 ˚A, and 0.01 ˚A, respectively, for an 830 eV cutoff energy. Besides, a direct-band gap E(Γ → Γ)=5.06 eV, was found in agreement with the experimental 4.96 eV result. The optical properties have been calculated considering [001] as the incidence direction of polarization of the incident light. The normal vibration’s modes, the infrared and Raman spectra of L-threonine, as well as the thermodynamic properties were also obtained and analyzed
Effects of graphene on light transmission spectra in Dodecanacci photonic quasicrystals
(Elsevier, 2019) Silva, E.F.; Vasconcelos, Manoel Silva de; Costa, C.H.; Anselmo, Dory Hélio Aires de Lima; Mello, V.D.
We make a theoretical study of light waves, for both TE and TM polarization with oblique incidence. The light waves propagate on SiO2/TiO2 multilayers, organized by Dodecanacci sequence, where we consider a graphene monolayer at the interfaces between distinct layers. We also calculate numerically the optical transmissivity spectrum, by using the transfer matrix method, for the cases with a graphene sheet and without a graphene sheet at the interfaces. Our results indicate that the whole optical spectrum becomes affected by the presence of graphene in the interfaces. Among these effects, we can highlight the shift of bandgaps to high-frequency regions, the emergence of a graphene induced bandgap at low-frequency regions, and the decreasing of transmittance in the whole frequency range considered here. The self-similarity, which is a property that indicates a fractal spectrum, keeps essentially unchanged when we consider graphene sheets between the layers. Our studies can be applied to electromagnetic filters, where an input gate voltage, applied on the graphene sheets, can control the bandgaps which arise on these structures
Effects of mirror symmetry on the transmission fingerprints of quasiperiodic photonic multilayers
(Elsevier, 2010-03-29) Bezerra, Claudionor Gomes; Coelho, Isaias Pereira; Vasconcelos, Manoel Silva de
We address the transmission properties of light waves through symmetric Fibonacci, Thue–Morse and double-period photonic multilayers, i.e., a binary one-dimensional quasiperiodic structure made up of two different dielectric materials (more specifically SiO2 and TiO2), in quarter wavelength condition, presenting mirror symmetry. The optical spectra are calculated by using a theoretical model based on the transfer matrix approach in normal incidence geometry. In our results we present the self-similar features of the spectra and we also present the optical fingerprints through a return map of the transmission coefficients. We discuss these optical fingerprints and compare them with results of previous works, on similar quasiperiodic systems, in the absence of mirror symmetry
Electronic properties of Fibonacci and random Si–Ge chains
(IOP Publishing, 2011) Vasconcelos, Manoel Silva de; Azevedo, David L.; Hadad, A.; Galvão, D. S.
In this paper we address a theoretical calculation of the electronic spectra of an Si–Ge atomic chain that is arranged in a Fibonacci quasi-periodic sequence, by using a semi-empirical quantum method based on the Hückel extended model. We apply the Fibonacci substitutional sequences in the atomic building blocks A(Si) and B(Ge) through the inflation rule or a recursion relation. In our ab initio calculations we use only a single point, which is sufficient for considering all the orbitals and charge distribution across the entire system. Although the calculations presented here are more complete than the models adopted in the literature which take into account the electronic interaction only up to the second and third neighbors, an interesting property remains in their electronic spectra: the fractality (which is the main signature of this kind of system). We discuss this fractality of the spectra and we compare them with the random arrangement of the Si–Ge atomic chain, and with previous results based on the tight-binding approximation of the Schrödinger equation considering up to the nearest neighbor
Equivalente fotônico a borboleta de Hofstadter
(2018-07-25) Dutra, Renato Ferreira; Vasconcelos, Manoel Silva de; ; ; Albuquerque, Eudenilson Lins de; ; Medeiros, Fábio Ferreira de;
No presente trabalho fazemos o estudo te´orico da propaga¸c˜ao de ondas eletromagn´etica em um sistema de multicamadas, cujo o ´ındice de refra¸c˜ao de cada camada ´e modulado pela fun¸c˜ao que descreve o potencial do modelo de Harper unidimensional. Aplicamos o m´etodo da matriz de transferˆencia para obtemos os espectros de transmitˆancia em fun¸c˜ao da frequˆencia reduzida ω/ω0. A aplica¸c˜ao da topologia na fotˆonica est´a despertando grande interesse na f´ısica da mat´eria condensada, junto com a descoberta de novas fases da mat´eria chamadas de isolante topol´ogicos, que s˜ao caracterizadas pelo surgimento de fenˆomenos de bordas topologicamente protegidos. Com objetivo de identificamos poss´ıveis estados de borda ou estados topol´ogicos, calculamos o espectro de transmitˆancia em fun¸c˜ao da frequˆencia reduzida ω/ω0 e da fase φ para trˆes casos: o primeiro, quando espessuras das camadas s˜ao dadas pela rela¸c˜ao de comprimento ´optico Ijdj = λ0/4, onde Ij ´e o ´ındice de refra¸c˜ao da camada j; o segundo, quando todas as espessuras das camadas s˜ao iguais, dj = d; por ´ultimo, quando as espessuras das camadas s˜ao relacionadas por d2j = 2d2j+1. Al´em disso, obtivemos o espectro de transmitˆancia em fun¸c˜ao do parˆametro de controle de periodicidade τ . No ponto cr´ıtico λ = 0.5, reproduzimos o equivalente fotˆonico a borboleta de Hofstadter, e que corresponde a um estado cr´ıtico na transi¸c˜ao metal-isolante, isto ´e, para λ < 0.5, o sistema ´e equivalente a um estado condutor e quando λ > 0.5, o sistema ´e equivalente a um estado isolante.
Espectro de Polariton de Plasmons e Ondas de Luz em Quasi-Cristais
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 1999-07-12) Vasconcelos, Manoel Silva de; Albuquerque, Eudenilson Lins de; ; http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4783172H5; ; http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4728584D2; Mariz, Ananias Monteiro; ; http://lattes.cnpq.br/7218040405934056; Almeida, Nilson Sena de; ; http://lattes.cnpq.br/7368118414083905; Farias, Gil Aquino de; ; http://lattes.cnpq.br/5887613029010941; Oliveira, Luiz Eduardo;
Neste trabalho investigamos as propriedades dos espectros de polariton de plasmons e de ondas de luz em super-redes semicondutoras e em multicamadas dielétricas, respectivamente, arranjadas em um padrão quasi-periódico. Esta quasi-periodicidade pode ser do tipo das chamadas sequências substitucionais. Elas são caracterizadas pela natureza de seus espectros de Fourier, que pode ser do tipo dense purê point (sequência de Fibonacci), singular continuous (sequências de Thue-Morse e duplo-período) e absolutely continuous ( sequência de Rudin-Shapiro). Com o objetivo de estudar o espectro de polariton de plasmon, usamos um conveniente modelo teórico baseado no tratamento da matriz-transferência, com as camadas caracterizadas por uma função dielétrica dependente da frequência, incluindo efeitos de retardamento. Encontramos um espectro fractal caracterizado por uma lei de potência para a distribuição de bandas em cada tipo de estrutura quasi-periódica. Para a propagação das ondas de luz em multicamadas dielétricas, os coeficientes de transmissão são derivados através da determinação da matriz-transferência óptica. Uma comparação entre a incidência oblíqua e a incidência normal, nos mostra comportamentos bastante diferentes do espectro de transmitância para um intervalo particular de frequência. No caso da incidência normal, apresentamos resultados numéricos que ilustram o aspecto auto-similar destes espectros, assim como mostram suas impressões digitais ópticas que são determinadas através dos mapas de retorno de seus coeficientes de transmissão. Finalmente, investigamos também as propriedades multifractais destes espectros (polariton de plasmons e ondes de luz)
Espectro de polariton de plasmons e propriedades ópitcas de super-redes tipo cantor
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 1995-07-14) Vasconcelos, Manoel Silva de; Albuquerque, Eudenilson Lins de; ; http://lattes.cnpq.br/3594651355252245; ; http://lattes.cnpq.br/6345339220512423; Mariz, Ananias Monteiro; ; http://lattes.cnpq.br/7218040405934056; Fulco, Paulo; ; http://lattes.cnpq.br/8531312845628389; Oliveira, Paulo Murilo Castro de; ; http://lattes.cnpq.br/9735333846587797
Neste trabalho investigamos o espectro de polariton de plasmons (modos de volume e superfície) assim como o espectro óptico (reflectância e transmitância) em uma estrutura quasi-periódica, que obedece uma sequência de Cantor. O sistema quasi-periódico de multi-camadas de Cantor é criado quando duas camadas diferentes, de materiais distintos A e B, são dispostos de acordo com a seguinte relação de recorrência: C1 = ABA;C2= C1B2C1;...;Cn= Cn-1BnCn-1 Onde Bn é o mesmo meio da camada B mas com diferente espessura. O aparatus experimental mais simples para medir estes espectros, consiste em posicionar a super-rede tipo Cantor na forma de um filme embebido no vácuo. Usando o método da matriz-transferência, para simplificar a álgebra, é possível determinar-se a relação de dispersão dos polaritons (modos de superfície e volume), assim como as expressões teóricas de reflectância e transmitância. Há uma série de resultados interessantes nestes espectros, os quais discutiremos em detalhes neste trabalho
Espectros de transmissão óptica e polaritons em quasicristais de octonacci
(2016-10-20) Brandão, Edi Rozembergh Brasileiro da Silva; Vasconcelos, Manoel Silva de; ; http://lattes.cnpq.br/6345339220512423; ; http://lattes.cnpq.br/4712310055603627; Anselmo, Dory Helio Aires de Lima; ; http://lattes.cnpq.br/0554474279738500; Albuquerque, Eudenilson Lins de; ; http://lattes.cnpq.br/3594651355252245; Araújo, Carlos Alexandre Amaral; ; http://lattes.cnpq.br/3650442745348762; Mauriz, Paulo Wilson; ; http://lattes.cnpq.br/7636664451155498
Neste trabalho, apresentamos um estudo teórico da propagação das ondas eletromagnéticas em estruturas de multicamadas denominadas de Cristais Fotônicos. Dentro deste escopo, este trabalho possui três vertentes. Na primeira parte, estudamos teoricamente os espectros de transmissão em quasi-cristais fotônicos unidimensionais, composta de materiais SiO2 (A) e TiO2 (B), organizada seguindo a sequência de Octonacci, onde o enésimo estágio da multicamada Sn é dado pela regra Sn=Sn-1Sn-2Sn-1, para n ≥ 3 e com S1=A e S2=B. A expressão de transmitância foi obtido empregando um cálculo teórico baseado no método da matriz de transferência. Para ondas incidentes normalmente, observamos que, para uma mesma geração, os espectros de transmissão para ondas transversais eléctricas (TE) e ondas transversais magnéticas (TM) são iguais ao menos de forma qualitativa, e eles apresentam uma propriedade de escala em que um comportamento auto-similar é obtido, como uma evidência de que esses espectros são fractais. Os espectros mostram regiões onde os band gaps unidirecionais emergem para as gerações específicas da estrutura fotônica de Octonacci, exceto para ondas TM. Para ondas TE, notamos que todos eles têm quase a mesma largura, por diferentes gerações. Nós também relatamos a localização de modos como consequência da quase-periodicidade da heteroestrutura.Na segunda parte, investigamos os espectros de transmissão óptica para as ondas de polarização s (TE) e p (TM) em quasi-cristais fotônicos unidimensionais em uma estrutura de multicamadas quase-periódicas composta por camadas alternadas de SiO2 e metamateriais, organizada seguindo a sequência de Octonacci. As equações de Maxwell e técnica da matriz de transferência são usadas para obter o espectro de transmissão para propagação de campos eletromagnéticos incidentes normalmente e obliquamente. Assumimos a resposta dispersiva do tipo Drude-Lorentz para a permissividade dielétrica e permeabilidade magnética dos metamateriais. Para ondas incidentes normalmente, observamos que o espectro não tem comportamento auto-similar ou simetria espelho e também possui a ausência de band gaps óptico. Também mostramos o surgimento de band gaps completos e pseudos refletores de Bragg (ou espelhos de Bragg).Na terceira e última parte, estudamos a propagação dos polaritons de plasmon em sistemas formados por multicamadas periódicas e quase-periódicas organizadas de acordo com a sequência de Octonacci, a partir da descrição do comportamento dos seus modos de volume e de superfície. Através de cálculo analítico e numérico computacional, obtemos inicialmente os espectros de frequência dos polaritons de plasmon nestas superestruturas. Posteriormente, investigamos como a quase-periodicidade modifica a sua estrutura de bandas em relação ao caso periódico, induzindo os seus espectros a uma forma auto-similar, caracterizando a sua fractalidade/multifractalidade.
Espectros fractais em sistemas nanoestruturados e cristais fotônicos
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2007-10-17) Medeiros, Fábio Ferreira de; Albuquerque, Eudenilson Lins de; ; http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4783172H5; ; http://lattes.cnpq.br/7268744971022470; Freire, Valder Nogueira; ; http://lattes.cnpq.br/8647922327100953; Vasconcelos, Manoel Silva de; ; http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4728584D2; Mariz, Ananias Monteiro; ; http://lattes.cnpq.br/7218040405934056; Silva, Luciano Rodrigues da; ; http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4783310Y1
O estudo das excitações elementares (fótons, fônons, plasmons, polaritons, polarons, excitons e magnons) em sólidos cristalinos e sistemas nanoestruturados, entre os quais destacamos os materiais isolantes, semicondutores e magnéticos, constitui um importante campo ativo na pesquisa em física do estado sólido e em física estatística. Dentro deste escopo, este trabalho possui duas vertentes distintas. Na primeira parte, estudamos a propagacão dos polaritons de excitons em sistemas nanoestruturados formados por multicamadas periódicas e quasiperiódicas, a partir da descrição do comportamento dos seus modos de volume e de superfície em seus constituintes individuais. Através de cálculo analítico e numérico computacional, obtemos inicialmente os espectros de frequência dos polaritons de excitons nestas superestruturas. Posteriormente, investigamos como a quasiperiodicidade modifica a sua estrutura de bandas em relação ao caso periódico, induzindo os seus espectros a uma forma auto-similar, caracterizando a sua fractalidade/multifractalidade. Na segunda parte, apresentamos nossos resultados relacionados com os chamados cristais fotônicos, o análogo eletromagnético aos sistemas cristalinos eletrônicos. Vamos considerar os cristais fotônicos periódicos e quasiperiódicos, onde um dos seus componentes possui índice de refração negativo. Esta característica óptica inusitada é obtida quando a permissividade elétrica e a permeabilidade magnética μ são ambas negativas para a mesma faixa de frequência angular ω da onda incidente. As curvas obtidas mostram como a transmissão da onda eletromagnética se modifica neste caso, com interessantes aspectos auto-similares. Além disso, analisamos as modificações do espectro térmico de Planck usual, utilizando uma super-rede fotônica quasiperiódica como filtro
Estados topológicos de fônons em quasicristais unidimensionais
(2018-07-30) Silva, José Roberto Moreira da; Vasconcelos, Manoel Silva de; ; ; Anselmo, Dory Helio Aires de Lima; ; Henriques Neto, José de Miranda;
Modelos teóricos para predição das propriedades de materiais quasicristalinos têm apresentado bastante interesse da comunidade cientí ca. No entanto eles se resumem principalmente a características ópticas e eletrônicas do sistema, sendo necessário ainda um estudo das oscilações elementares das redes quasicristalinas unidimensionais, tais como fônons. Trabalhos publicados recentemente mostraram que as propriedades de localização do modelo de Harper podem ser modeladas em um quasicristal através do hamiltoniano de Aubry-André, considerando o potencial incomensurável com o parâmetro de rede. Este modelo apresentase como um isolante topológico, exibindo estados de borda e fases não triviais para o caso eletrônico. Motivados por esses resultados, neste trabalho, apresentamos um estudo sobre as propriedades vibracionais de quasicristais unidimensionais, destacando os estados topológicos de borda. Para isso, modelamos um quasicristal unidimensional através do modelo de Aubry-André com o parâmetro de potencial de nido pela razão áurea (b = (1 + √ 5)/2). Efetuamos os cálculos a partir da diagonalização numérica exata do Hamiltoniano. Em nossos resultados, encontramos o espectro multifractal de frequências conhecido como borboleta de Hofstadter , que surge para o valor crítico de 1.0 na amplitude de modulação da constante de força adimensional, caracterizando uma transição de estados tipo metalisolante. Também mostramos através do cálculo de deslocamentos individuais que os estados cruzando os gaps maiores do espectro (em função da fase φ) correspondem a estados de borda no sistema, onde apresenta propriedades de localização em sítios especí cos na rede.
Estatística não-extensiva aplicada ao cálculo do calor específico eletrônico em estruturas quasiperiódicas
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2008-10-02) Ferreira, Alzey Gomes; Anselmo, Dory Hélio Aires de Lima; Vasconcelos, Manoel Silva de; http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4728584D2; http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4790590Y7; Mariz, Ananias Monteiro; http://lattes.cnpq.br/7218040405934056
Sistemas cujos espectros são fractais ou multifractais têm sido bastante estudados nos últimos anos. O entendimento completo do comportamento de muitas propriedades físicas destes sistemas ainda está longe de ser completamente efetivado devido á complexidade dos próprios sistemas. Desta maneira, novas aplicações e novos métodos de estudo dos seus espectros têm sido feitos, possibilitando uma melhor compreensão acerca desses sistemas. Apresentamos neste trabalho de dissertação inicialmente todo o arcabouço teórico básico e necessário no tocante á obtenção dos espectros de energia de excitações elementares em alguns sistemas, mais especiﬁcamente nos sistemas quasiperiódicos. Posteriormente mostramos, usando a equação de Schrodinger na aproximação de ligação forte, os resultados para o calor especíﬁco de elétrons com a mecânica estatística de Boltzmann-Gibbs para sistemas quasiperiódicos unidimensionais tipo Fibonacci e Período Duplo. Estruturas desse tipo já foram bastante exploradas, no entanto o uso da mecânica estatística não-extensiva proposta por Constantino Tsallis é bem adequado para sistemas que apresentam de alguma forma um perﬁl fractal, e portanto nosso principal objetivo foi aplicá-la para o cálculo de grandezas termodinâmicas ampliando um pouco mais a compreensão das propriedades desses sistemas. Neste sentido, calculamos analítica e numericamente o calor especíﬁco generalizado de el´etrons em sistemas quasiperiódicos unidimensionais (quasicristais) gerados pelas sequências de Fibonacci e Período Duplo. Os espectros eletrônicos foram obtidos fazendo-se uso também da equação de Schrodinger na aproximação de ligação forte. Resultados numéricos são apresentados para os dois tipos de sistemas com diferentes valores do parâmetro de não-extensividade q
Estudo dos cristais fotônicos quasi-periódicos de Fibonacci, Octonacci e Dodecanacci com grafenos
(2016-10-26) Silva, Everson Frazão da; Vasconcelos, Manoel Silva de; ; http://lattes.cnpq.br/6345339220512423; ; http://lattes.cnpq.br/5742169631007551; Anselmo, Dory Helio Aires de Lima; ; http://lattes.cnpq.br/0554474279738500; Costa, Carlos Humberto Oliveira; ; http://lattes.cnpq.br/4056658417684725
A riqueza das propriedades ópticas e eletrônicas do grafeno tem atraído um enorme interesse. O grafeno tem alta mobilidade e transparência óptica, além da flexibilidade, robustez e estabilidade. Até recentemente, o foco principal tem sido a física fundamental e a física dos dispositivos eletrônicos. No entanto, acreditamos que o verdadeiro potencial dos grafenos encontra-se na fotônica e na optoeletrônica, onde a combinação das suas propriedades ópticas e electrônicas são únicas e podem ser plenamente exploradas, mesmo na ausência de um “band gap” eletrônico. Nesta tese estudamos os espectros de transmissividade óptica em multicamadas dielétricas periódicas (cristais fotônicos) e em multicamadas que obedecem a sequências quasiperiodicas (quasi-cristais fotônicos) compostos por grafenos e comparamos nossos resultados com as mesmas estruturas sem grafenos. Deste modo, no primeiro momento calculamos o espectro de transmitância em cristais fotônicos, formados por alternadas camadas de dielétricos com permissividades eA e eB, apenas para efeitos comparativos. No segundo momento introduzimos entre os materiais dielétricos monocamadas de grafeno. Em seguida, estudamos os quasicristais fotônicos de Fibonacci, com e sem grafenos entres as camadas dielétricas, que podem ser gerados por uma relação de recorrência do tipo: Sj+1 = SjSj-1, onde S0= B e S1=A. Em ambos os casos utilizamos a técnica da matriz transferência para obter os espectros de transmitância. Estudamos ainda uma generalização da estrutura de Fibonacci chamada de quasicristais de Octonacci, onde o enésimo estagio da dessas estrutura de multicamadas (Sn) é dado pela regra de recorrência Sn = Sn-1 Sn-2Sn-1, com n>2 com S1= A e S2= B. Finalmente, por completeza, estudamos mais uma generalização da sequencia de Fibonacci chamada de Dodecanacci, que pode ser gerada apartir da regra de inflação: A->AABAA e B->AB. Nossos resultados mostram que todo os espectros ópticos são afetados e seus “band gaps” ligeiramente transladados para altas freqüências. Também mostramos que as propriedades de fractalidade e auto-similaridade dos espectros são mantidas, para altas freqüências. Nossos resultados revelam um bom insight para aplicação em novos dispositivos a base de multicamadas quasiperiódicas, em vez dos famosos refletores de Bragg.

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