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Los investigadores han mostrado un nuevo diseño que consigue lograr una absorción completa de la luz mediante la utilización de matrices metalodieléctricas que sostienen, simultánea e independientemente, resonancias de red eléctricas y magnéticas. Las resonancias de red son modos electromagnéticos colectivos que la luz puede excitar al interactuar con matrices periódicas de nanoestructuras distribuidas en una superficie bidimensional. Estos modos se originan a partir de la interacción mutua entre los modos de resonancia de cada una de las partículas individuales que forman la matriz.  Las resonancias de red permiten que las matrices de nanoestructuras conserven la mayoría de las extraordinarias propiedades de las nanoestructuras metálicas individuales para mejorar las interacciones entre la luz y la materia en la nanoescala, al tiempo que consiguen reducir las pérdidas no deseadas asociadas a su naturaleza metálica, mejorando así su factor de calidad. Esto es, dan lugar a respuestas espectrales más estrechas.

Sin embargo, hasta ahora, al valerse de estas resonancias había que tener en cuenta que la disposición bidimensional de dipolos eléctricos o de dipolos magnéticos, mediante los cuales puede describirse la respuesta óptica de las nanoestructuras individuales, limita la absorción máxima de las matrices a la mitad de la potencia de luz incidente. Esta restricción dificulta el uso de estas resonancias de red para aplicaciones que requieren una gran absorción de la luz, como por ejemplo la conversión de luz en calor, la fotodetección o la fotocatálisis.

En este trabajo, los investigadores han presentado una solución a este problema basada en el uso de una matriz compuesta por la repetición de celdas unidad que contienen una nanoestructura metálica (oro) y otra dieléctrica (silicio). Utilizando un modelo teórico de dipolos acoplados, han demostrado que este sistema puede soportar dos resonancias de red independientes, una eléctrica originada por los dipolos eléctricos y asociada a ambas nanoestrucuras, y una magnética originada por dipolos magnéticos, asociada exclusivamente a la nanoestructura dieléctrica (ver figura adjunta).

Esquema de la matriz bipartita hecha de nanoesferas de oro y silicio (mostrando la orientación de los dipolos eléctricos, en verde, y magnéticos, en rojo), y espectro de absorción de dicha matriz (curva gris), junto con las contribuciones a la misma de las nanoesferas de oro (curva amarilla) y silicio (curva azul). / Advanced Optical Materials

De esta forma, ajustando los tamaños y distancias entre las partículas, el equipo ha conseguido que las dos resonancias de red, la eléctrica y la magnética, cada una absorbiendo la mitad de la luz incidente, respondan a la misma longitud de onda, consiguiendo la absorción total de la radiación a dicha longitud de onda.

Estos resultados abren las posibilidades para el diseño de nuevas matrices no solo capaces de lograr una absorción perfecta de la luz sino también con factores de calidad mayores, lo que permitirá aprovechar el potencial de estos modos en el campo de la óptica y la nanofotónica.

Comunicación IO-CSIC
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