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¿Qué es la transmisión óptica extraordinaria?

La transmisión ordinaria de la luz a través de una película metálica opaca mejora enormemente cuando se agrega a la película una serie de orificios periódicos más pequeños que la longitud de onda de la luz incidente. Esto se conoce como el efecto extraordinario de transmisión óptica (EOT), que ocurre principalmente debido a la presencia de plasmones superficiales formados por los electrones libres del metal. Esta transmisión EOT se da en una longitud de onda y ancho de banda en particular y depende de la geometría de la matriz y de las propiedades ópticas de los materiales que rodean la matriz.

El dispositivo, fabricado por litografía de haz de electrones y depósito de láminas delgadas, consiste en una película metálica opaca a la que se le han hecho orificios periódicos ordenados en una red cuadrada, cuyos tamaños son inferiores a la longitud de onda. Esto genera el efecto de transmisión óptica extraordinaria, que incrementa la radiación transmitida a una frecuencia especifica con respecto a un solo agujero. A esta estructura se le añadió una capa de dos tipos distintos de calcogenuros de cambio de fase (Ge2Sb2Te2 y Ge3Sb2Te6), que tienen la propiedad de modificar la posición espectral de la banda de transmisión, cambiando la fase del material entre amorfo y cristalino, y por tanto su índice de refracción (Figura 1).

Figura 1 (a) Imagen de microscopía óptica de uno de los dispositivos fabricado por litografía de electrones. (b) índice de refracción complejo del calcogenuro de cambio de fase Ge3Sb2Te6 en sus fases amorfas (am-rojo) y cristalina (cr-azul). (c) Medidas de transmitancia normalizada, donde se puede apreciar un cambio en la banda de transmisión extraordinaria entre las fases amorfa y cristalina del Ge₃Sb₂Te₆.

Este nuevo filtro reconfigurable puede ser útil para el campo de la detección multiespectral, aplicaciones agrícolas y ambientales, o detección química.

Además, con el objetivo de comprobar la escalabilidad de los dispositivos hacia entornos industriales, se emplearon dos métodos de fabricación distintos: (i) la litografía de haz de electrones, técnica de alta precisión, pero que consta de varios pasos de fabricación y elevado coste; y (ii) la escritura láser directa ultrarrápida, que ofrece una precisión ligeramente inferior, pero con la ventaja adicional de ser un proceso de bajo coste y realizable en un solo paso (por tanto implementable en la mayoría de entornos industriales). La respuesta óptica (transmitancia) de varios dispositivos equivalentes fabricados con las dos aproximaciones fue comparada (Figura 2), evidenciando que el método láser está cerca de poder llegar a competir con los métodos de fabricación de alto coste basados en métodos litográficos multi-paso.

Actualmente, y siguiendo en esta línea, el grupo de procesado por láser está optimizando el proceso de fabricación, con el fin de mejorar la respuesta óptica de los dispositivos hechos por láser hasta los límites impuestos por la litografía de alta precisión.