Análisis comparativo de la respuesta óptica en campo cercano y lejano de nanoestructuras plasmónicas delgadas
Análisis de la respuesta de nanoestructuras metálicas delgadas en condiciones de excitación de campo cercano y lejano.
Gracias a estas capacidades, los plasmones de superficie se están explotando para desarrollar aplicaciones tan diversas como la detección óptica ultrasensible, la recolección eficiente de energía solar, la fotocatálisis y la emisión de luz en la nanoescala.
En los últimos años, el descubrimiento del grafeno, y de las extraordinarias propiedades plasmónicas que tiene este material cuando se dopa con portadores de carga, ha generado un gran interés por el estudio de los plasmones soportados por nanoestructuras metálicas con espesores del orden de los nanómetros. Estas nanoestructuras delgadas soportan modos plasmónicos muy intensos, que dan lugar a una mayor interacción luz-materia y producen un mayor grado de confinamiento que las nanoestructuras tridimensionales tradicionales. Además, la dimensionalidad reducida de estos sistemas facilita la modificación de su respuesta óptica a través del cambio de su distribución de portadores libres.
El estudio
En este trabajo de investigación conjunta del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Nuevo México y el Instituto de Óptica del CSIC se ha estudiado la respuesta plasmónica de nanodiscos metálicos de diferentes espesores y relaciones de aspecto cuando son excitados por fuentes situadas en campo cercano y lejano.
Se ha encontrado que, para la excitación en campo lejano, la intensidad de la respuesta plasmónica del nanodisco aumenta con su grosor, como se espera del aumento en el número de electrones de conducción en el sistema. Sin embargo, para la excitación en campo cercano, la respuesta plasmónica se vuelve más fuerte a medida que se reduce el grosor del nanodisco. Este comportamiento se ha atribuido a la mayor eficiencia con la que una fuente en campo cercano se acopla a los plasmones soportados por nanodiscos más delgados.
Los resultados de este trabajo sirven para conocer mejor la respuesta plasmónica de nanoestructuras metálicas delgadas, aumentando así su potencial para el desarrollo futuro de nuevas aplicaciones.
Campo cercano y lejano
Al analizar la respuesta óptica de una nanoestructura metálica excitada por una fuente de luz, podemos distinguir dos regímenes diferentes según la localización de la fuente con respecto a la nanoestructura.
La excitación en campo lejano ocurre cuando la distancia d entre ellos es mucho mayor que la longitud de onda de la luz λ, mientras que el caso opuesto (es decir, d ≪ λ) se conoce como excitación en campo cercano.
El primer régimen es relevante para aplicaciones centradas en el control de la transmisión de la luz, como es el caso de las metasuperficies, dispositivos mejorados de captación de energía solar, y fotocatálisis.
Por otro lado, la excitación en campo cercano es relevante en situaciones en las que la nanoestructura es excitada por una fuente localizada como un átomo, una molécula o un punto cuántico, situados en su entorno próximo.
Ya que muchas aplicaciones, como la detección óptica ultrasensible, implican la excitación en campo cercano y lejano, es necesario entender la respuesta óptica de las nanoestructuras plasmónicas en ambos regímenes. Por lo tanto, estudios como éste son cruciales para poder aprovechar todo el potencial de estos sistemas.
Noticias relacionadas
Resonancias de red en matrices de nanoagujeros para detección óptica usando luz cuántica
Análisis del tensor de Green de resonancias de red en matrices periódicas de nanopartículas
