Análise de um Sensor Baseado em Ressonância de Superfície de Plasma Acoplado a um Arranjo

133 Pages·2016·8.58 MB·Portuguese

by  Jefferson Souza Costa

Jefferson Souza Costa
Análise de um Sensor Baseado em Ressonância de
Superfície de Plasma Acoplado a um Arranjo Periódico
de Nanopartículas Metálicas.
DM 14/2016
UFPA / ITEC / PPGEE
Campus Universitário do Guamá
Belém-Pará-Brasil
Julho de 2016

Jefferson Souza Costa
Análise de um Sensor Baseado em Ressonância de
Superfície de Plasma Acoplado a um Arranjo Periódico
de Nanopartículas Metálicas.
Dissertação de Mestrado submetida à Banca
ExaminadoradoProgramadePós-Graduação
em Engenharia Elétrica da UFPA para a ob-
tenção do Grau de Mestre em Engenharia
Elétrica na área de Concentração em Teleco-
municações.
Universidade Federal do Pará
Instituto de Tecnologia
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
Orientador: Prof. Dr. Karlo Queiroz da Costa
UFPA / ITEC / PPGEE
Campus Universitário do Guamá
Belém-Pará-Brasil
Julho de 2016
Dados Internacionais de Catalogação-na-Publicação (CIP)
Sistema de Bibliotecas da UFPA
Costa, Jefferson Souza, 1991-
Análise de um sensor baseado em ressonância de
superfície de plasma acoplado a um arranjo periódico de
nanopartículas metílicas / Jefferson Souza Costa. -
2016.
Orientador: Karlo Queiroz da Costa.
Dissertação (Mestrado) - Universidade
Federal do Pará, Instituto de Tecnologia,
Programa de Pós-Graduação em Engenharia
Elétrica, Belém, 2016.
1. Dispositivos optoeletrônicos. 2.
Detectores - testes. 3. Materiais
nanoestruturados. 4. Ondas eletromagnéticas -
propagação. I. Título.
CDD 23. ed. 621.381045

Dedico este trabalho à minha esposa Maria de Jesus e ao meu filho Miguel.
Agradecimentos
Agradeço acima de tudo e de todos à Deus, pois à Ele pertence toda a honra e
glória, agora e para sempre.
Agradeço à minha esposa, Maria de Jesus, a qual conheci na adversidade, quando
não haviam diplomas ou posses, apenas os sonhos que sonhamos e estamos realizamos
juntos. Agradeço pelo seu apoio e paciência que teve durante as viagens e noites sem fim
que esta dissertação proporcionou. Sou grato também por dividir comigo a grande virtude
de ser feliz a cada pequena conquista, tornando menos difícil transpor os obstáculos da
jornada tripla de pai, professor e estudante.
Agradeço ao meu orientador, o professor Dr. Karlo, pela confiança depositada e
pela orientação no desenvolvimento deste trabalho. Agradeço imensamente pela motivação
na produção intelectual que fez, dos dois anos de mestrado, uma experiência de grande
amadurecimento na carreira acadêmica.
Agradeço ao professor Dr. Fabrício Barros pelo incentivo a fazer o mestrado em
um momento de indecisão profissional.
Agradeço à Universidade Federal do Pará por prover acesso a um programa de
pós-graduação de excelência e à CAPES pelo financiamento que tornou possível o desen-
volvimento deste trabalho.

Resumo
Sensores SPR são dispositivos fotônicos baseados na ressonância de superfície de plasma
(SPR), que consiste na oscilação longitudinal coletiva do gás de elétrons livres na interface
entre um metal e um dielétrico. Devido sua sensível resposta a estímulos superficiais, o
uso de sensores SPR tem sido relatado para diversas aplicações. Neste trabalho, avalia-se
um sensor SPR acoplado a um arranjo periódico de nanopartículas metálicas, o que pode
representar a imobilização superficial de nanopoluentes metálicos gerados, por exemplo, a
partir do processo de fabricação de nanocomponentes. A estrutura multicamada do sensor
SPR é composta por um prisma, um filme fino de ouro e uma camada de SiO . Analisa-se
2
teoricamente a resposta do sensor a variações no arranjo de nanopartículas por um modelo
analítico, baseado na permissividade efetiva de Maxwell Garnett e no coeficiente de reflexão
generalizado para estrutura multicamadas planares. O modelo analítico é validado pela
comparação com resultados experimentais e numéricos, mostrando grande precisão para
determinada faixa de valores dos parâmetros do arranjo periódico. Avaliar os modos de
onda permitidos na estrutura do sensor e otimizar a estrutura multicamada para detecção
e caracterização de parâmetros estáticos das nanopartículas metálicas, constituem os
principais objetivos das análises teóricas desenvolvidas neste trabalho.
Palavras-chaves: Sensor SPR, Estrutura Multicamada, Permissividade Efetiva, Nanopo-
luentes Metálicos, Nanopartícula Core-Shell.