Fotónica em Materiais
Código
11509
Unidade Orgânica
Faculdade de Ciências e Tecnologia
Departamento
Departamento de Ciências dos Materiais
Créditos
6.0
Professor responsável
Hugo Manuel Brito Águas
Horas semanais
4
Língua de ensino
Português
Objectivos
A disciplina de Fotonica em Materiais tem como objectivo ensinar os conceitos básicos do ramo de física aplicada relacionados com a interação luz-matéria. Pretende-se introduzir aos alunos as áreas de óptica de ondas, mecânica quântica e física do estado sólido, para que ganhem bases conceptuais sólidas nestes domínios que poderão depois ser aprofundadas em disciplinas lecionadas posteriormente.
A disciplina terá um forte carácter aplicado, pelo que todos os temas tratados serão enquadrados no contexto da investigação e desenvolvimento tecnológico actual. O seminário sobre simulação numérica e a prática laboratorial contribuiram bastante neste aspecto, dado que permitiram aos alunos acompanhar uma experiência real de nanofotónica e executar os passos de desenho, fabrico, caracterização e interpretação dos resultados.
Pré-requisitos
Análise Matematica I, Fisica I.
Conteúdo
Introdução:
Programa, método de avaliação e organização da disciplina.
Importância e visão histórica da fotónica e mecânica quântica
Electromagnetismo e óptica classica:
Oscilador harmónico (simples e amortecido) e aplicações
Equação de ondas, ondas progressivas e estacionarias
Natureza electromagnetica da luz. Leis de Fresnel. Optica geometrica.
Interferência e difracção de luz.
Absorção e dispersão de luz por filmes e partículas.
Mecanica Quântica:
Introdução à Mecanica Quântica. Lei de Planch e Corpo Negro.
Quanta de Luz. Efeito foto-eléctrico. Dualidade onda-partícula. Dupla fenda.
Modelo atómico de Bohr. Princípio de Incerteza. Equação de Schrödinger.
Física do Estado Solido:
Metais e Semiconductores – cristais periódicos.
Modelos de Lorenz e de Drude. Estrutura de bandas em estado sólido.
Seminários:
Regime de Rayleigh. Introdução à Plasmonica e Nano-antenas ópticas.
SERS – fundamentos e aplicações.
Fundamentos e novos conceitos de Células Fotovoltaicas.
Simulações electromagnéticas com FDTD – tutoriais e computação na aula.
Prácticas Laboratoriais:
Microscopia à nano-escala e análise de imagens SEM/AFM.
Fabrico de Nanoestruturas para Captação de Luz.
Caracterização das nanoestruturas e interpretação dos resultados.
Bibliografia
Introdução à Fisica – de J. D. Deus, M. Pimenta, A. Noronha, T. Peña, P. Brogueira. McGraw Hill, 2000
Physics for Scientists and Engineers – by P. M. Fishbane, S. Gasiorowicz, S. T. Thornton. Prentice Hall, 1996
Physics for Scientists and Engineers, with Modern Physics – by R. A. Serway and J. W. Jewett. Brooks/Cole, Boston USA, 2014
Absorption and Scattering of Light by Small Particles – by C. F. Bohren and D. R. Huffman. John Wiley & Sons, 1983
Campo Electromagnético – de L. Brito, M. Fiolhais, C. Providência. McGraw Hill Portugal, 1999
Introduction to Solid State Physics – by C. Kittel. Wiley, 2004
Método de ensino
O ensino da disciplina consiste principalmente em aulas teórico-práticas e algumas aulas de laboratório. Nas aulas existirá ensino tutorial, de acompanhamento dos alunos, sujeito a avaliação por discussão oral.
Método de avaliação
Avaliação Teórico-Pratica (90%):
- 3 tests or exam
Grade = average between the tests or exam grade
Minimum average grade between tests = 9.5
Avaliação Sumativa (10%):
- Participation and problem solving in class (each exercise graded on a scale of 0-4)
- Performance and quiz solving in laboratory lessons
No minimum graded required for the Avaliação Sumativa.