Influência de nanopartículas metálicas e semicondutoras em vidros dopados com terras-raras para aplicações fotônicas

O vidro e um material fascinante e vem sendo utilizado pelo homem em diversas maneiras durante a historia da humanidade, desde artefatos cortantes feito com vidro natural no periodo pre-historico ate fibras opticas para telecomunicacoes e laser de estado solido nos dias atuais. Os elementos terras-raras possuem caracteristicas peculiares nos orbitais e transicoes eletronicas que possibilitam o uso desses elementos como emissores de radiacao eletromagnetica em uma ampla faixa do espectro, que vai do ultravioleta ao infravermelho. Ao reduzir o tamanho de sistemas ate a escala de nanometros obtem-se efeitos e propriedades distintas devido a quantizacao, a compreensao e aplicacao desses novos efeitos tem atraido muita atencao na comunidade academica. Vidros, terras-raras e nanoestruturas ja representam separadamente um desafio na caracterizacao e compreensao dos fenomenos fisicos apresentados, assim como potencial em aplicacoes tecnologicas. O objetivo desse trabalho e estudar as interacoes que ocorrem ao juntar os tres sistemas, de forma mais especifica o objetivo e determinar a interacao entre as nanoparticulas metalicas e semicondutoras com ions terras-raras em matrizes vitreas. Os sistemas vitreos estudados sao silicatos dopados com ions terras-raras de erbio (Er3+ com importante emissao em 1,5 µm) e neodimio (Nd3+ com importante emissao em 1,06 µm) e nanoparticulas de prata (Ag) e sulfeto de cadmio (CdS). As amostras foram preparadas pelo metodo de fusao seguido de resfriamento rapido, e algumas amostras passaram por processo de tratamento termico para a nucleacao e crescimento das nanoparticulas. A caracterizacao das amostras foi feita utilizando-se as tecnicas de absorcao optica (AO), fotoluminescencia (FL) e fotoluminescencia resolvida no tempo (FLRT) com foco na transicao de 1,5 µm para o Er3+ e 1,06 µm para o Nd3+. Nas analises dos dados utilizou-se a teoria de Judd-Ofelt para os ions terras-raras, a teoria de Mie para as nanoparticulas metalicas e a teoria de confinamento quântico para as nanoparticulas semicondutoras. Os resultados obtidos demonstram a transferencia de energia entre nanoparticulas de CdS para os ions de Nd3+ de forma radiativa, e o aumento da eficiencia quântica dos ions de Er3+ com a presenca de nanoparticulas de Ag.