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Instituto de Óptica «Daza de Valdés»

Índice de refracción anisotrópico dependiente de la temperatura en β-Ga2O3: aplicación en termómetros interferométricos

Índice de refracción anisotrópico dependiente de la temperatura en β-Ga2O3: aplicación en termómetros interferométricos

Grupo de Procesado por Láser (LPG)

  • Índice de refracción anisotrópico implica que el material exhibe diferentes valores de índice de refracción en diferentes direcciones de propagación de la luz.

Madrid / 4 de julio de 2023

Un estudio internacional liderado por grupo de física de nanomateriales de la UCM en el que ha participado el Grupo de Procesado por Láser del IO-CSIC ha investigado las variaciones con la temperatura del índice de refracción anisotrópica en β-Ga2O3 para su aplicación en nano-termómetros interferométricos. Los resultados de este estudio han sido publicados en la prestigiosa revista científica Nanomaterials.

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El β-Ga2O3, también conocido como óxido de galio, tiene propiedades ópticas y electrónicas excepcionales, lo que lo convierte en un material muy interesante para diversas aplicaciones, incluida la fotónica. Con su banda prohibida ultraancha, que es útil para dispositivos de alta potencia o para la conversión de energía solar, alto campo eléctrico crítico (cantidad de campo eléctrico que puede resistir un aislante), estabilidad térmica, resistencia química y resistencia a la radiación, se considera uno de los semiconductores más prometedores para dispositivos de alta potencia. Además, el β-Ga2O3 puede emitir luz cuando se dopa con impurezas ópticamente activas, lo que lo hace atractivo para los dispositivos luminiscentes.
Una fuente de luz en un fondo oscuro de frente forma una cruz luminosa
Para estudiar las variaciones con la temperatura el equipo de investigación se centró en las micro y nanocavidades ópticas que se pueden crear dentro de microhilos y nanohilos y las utilizaron como a reflectores de Bragg distribuidos. Los reflectores de Bragg consisten en patrones periódicos de materiales con un índice de refracción tal, que solo reflejan una longitud de onda y son muy sensibles a variaciones.
Al analizar el efecto de la temperatura en el índice de refracción anisotrópico de β-Ga2O3, los investigadores obtuvieron relaciones de dispersión dependientes de la temperatura mediante elipsometría que se hizo en los laboratorios del Instituto de Óptica.

Para validar sus resultados experimentales, los investigadores realizaron simulaciones de dominio de tiempo de diferencia finita (FDTD) considerando la morfología exacta de los cables y el índice de refracción anisotrópico dependiente de la temperatura. Los cambios causados por las variaciones de temperatura observados en los experimentos fueron similares a los obtenidos con los cálculos teóricos, aunque ligeramente mayores al implementar el índice de refracción obtenido a través de elipsometría.

Este estudio proporciona información valiosa sobre el comportamiento dependiente de la temperatura del índice de refracción anisotrópico en β-Ga2O3 y su impacto en los termómetros interferométricos de alta precisión.

Además, los resultados de este estudio abren nuevas posibilidades para utilizar β-Ga2O3 en diversas aplicaciones fotónicas, como fotodetectores ultravioleta ciegos a la luz solar para la detección de incendios/llamas y nuevos dispositivos luminiscentes sintonizables.

Este es un trabajo de colaboración entre el Departamento de física de Materiales de la Universidad Complutense de Madrid, el Grupo de Procesado por Láser del IO-CSIC, el Departamento de Física de la Universidad del País Vasco y el Grupo de Cristales y Semiconductores de la Universidad del Estado de Washington.

Comunicación IO-CSIC
cultura.io@io.cfmac.csic.es

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