Estados confinados en el continuo sintonizables en metasuperficies activas de dímeros de disco de grafeno
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Las metasuperficies activas nos permiten modificar sus propiedades ópticas después de la fabricación, durante el funcionamiento del dispositivo.
Madrid / 12 de diciembre de 2023
Un equipo de investigación formado por investigadores del Instituto de Estructura de la Materia y el Instituto de Óptica del CSIC, la Universidad de Valladolid, la Universidad de Fribourg, y el Instituto de Innovación Tecnológica de Abu Dhabi han logrado diseñar una metasuperficie ajustable en tiempo real que es capaz de soportar un estado ligado en el continuo. Este desarrollo, publicado en la reconocida revista científica Nanophotonics, es un paso más en el conocimiento de la interacción luz-materia y abre nuevas oportunidades para el diseño de dispositivos fotónicos avanzados.
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¿Qué son los estados confinados en el continuo?
Cuando todas las componentes del momento de la luz son reales, ésta puede emitirse y propagarse libremente. Estos estados de luz propagantes también son conocidos como estados del continuo. Por el contrario, cuando alguna componente de momento es imaginaria, la luz no puede ser emitida por un objeto y permanece confinada en una región entorno a este. En este caso hablamos de estados ligados.
Una tercera posibilidad ocurre cuando, pese a tener todas las componentes del momento reales, por razones de simetría, la luz permanece ligada a un objeto. A este nuevo estado, lo conocemos como estado ligado en el continuo o Bound State In the Continuum (BIC) en inglés.
Estos estados ofrecen la capacidad de almacenar energía sin pérdidas y de incrementar la interacción entre luz y materia de forma extraordinaria, lo que los convierte en herramientas muy interesantes para desarrollar nuevas tecnologías. Por eso los grupos punteros en este campo están investigando cómo crear diferentes dispositivos que soporten estados BIC y que se les pueda modular mediante distintos estímulos externos.
En este estudio, los investigadores han propuesto el uso de estructuras formadas por dímeros de discos de grafeno, en el que cada pareja se comporta como un meta-átomo de una matriz cuadrada en la que se puedan manipular activamente las condiciones en las que ocurren los BIC.
Además, el equipo propuso explotar las resonancias de red de la estructura de nanodiscos para multiplicar gracias a ellas la señal y mitigar así las pérdidas no radiativas del grafeno.
El grafeno
El grafeno es un material bidimensional compuesto por átomos de carbono que ofrece propiedades ópticas excepcionales y la capacidad de soportar plasmones muy intensos cuando se excita con ondas electromagnéticas en el rango de terahercios (THz). Esto y la capacidad de sintonizar sus plasmones, lo convierte en una plataforma ideal para desarrollar nuevos dispositivos fotónicos con aplicaciones en la formación de imágenes, la detección, las telecomunicaciones y la energía, por ejemplo.
Metasuperficies
Las metasuperficies son dispositivos artificiales compuestos por elementos de tamaño inferior al de la longitud de onda de la luz dispuestos en una estructura bidimensional. Estos dispositivos son muy interesantes porque tienen propiedades ópticas imposibles de conseguir en materiales naturales.
Comunicación IO-CSIC
cultura.io@io.cfmac.csic.es
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