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  • Los físicos teóricos manipulan la luz con objetos a nanoescala

    Crédito:Universidad de Nuevo México

    Durante años, Los científicos han luchado durante mucho tiempo con el control y la manipulación de la luz, una ambición científica de larga data con importantes implicaciones para el desarrollo de la tecnología. Con el crecimiento de la nanofotónica, los científicos están logrando avances más rápido que nunca al explotar estructuras con dimensiones comparables a la longitud de onda de la luz.

    Los científicos de la Universidad de Nuevo México que estudian el campo de la nanofotónica están desarrollando nuevas perspectivas nunca antes vistas a través de su investigación. Sucesivamente, La comprensión de estos conceptos teóricos permite a los científicos físicos crear nanoestructuras más eficientes.

    La investigación, dice el profesor adjunto Alejandro Manjavacas, en el Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Nuevo México en un artículo titulado "Hybridization of Lattice Resonances, "investiga cómo las matrices periódicas de nanoesferas o átomos interactúan con la luz. Estos sistemas se crean repitiendo una celda unitaria periódicamente, Al igual que un tablero de ajedrez, se hace repitiendo dos cuadrados de diferentes colores en un patrón. Previamente, la mayoría de la investigación se centró solo en estructuras con celdas unitarias hechas de un solo elemento, como si cada casilla del tablero de ajedrez fuera de un solo color. Su investigación va más allá de esto, permitiendo cualquier número de colores siempre que estén dispuestos en un patrón repetido.

    "Al tiempo que contribuye a la comprensión fundamental de una gran cantidad de nuevos fenómenos físicos, Este esfuerzo de investigación teórica ayudará a comprender cómo la luz interactúa con los objetos a nanoescala y ayudará a sentar las bases para el desarrollo de nuevos mecanismos para manipular la luz a nanoescala. que es la clave para realizar la próxima generación de aplicaciones nanofotónicas, ", Dice Manjavacas en el artículo publicado recientemente en ACS Nano , una publicación de primer nivel en el campo de la nanofotónica.

    El objetivo general de la investigación era abrir y promover nuevos caminos en plasmónica, un campo de investigación que se centra en comprender la interacción entre la luz y las nanoestructuras metálicas, cuyo objetivo es el desarrollo de nuevas aplicaciones en nanofotónica. Como parte de este trabajo, Los científicos desarrollaron un modelo poderoso para comprender cómo interactúan con la luz las matrices ordenadas de nanoestructuras. Este modelo se puede utilizar para predecir la respuesta óptica de conjuntos de nanopartículas con patrones muy complicados, que se puede explotar para diseñar propiedades ópticas útiles para muchas aplicaciones:

    "Por ejemplo, Estos sistemas pueden constituir una plataforma versátil para desarrollar biosensores compactos capaces de monitorear, en tiempo real, los niveles de diferentes sustancias relevantes para el cuidado de la salud, "dijo Manjavacas." Además, también se pueden utilizar para mejorar el rendimiento de las células solares y diseñar fotodetectores más eficientes ".

    Los detalles

    Como parte de la investigación, Manjavacas y su equipo compuesto por Sebastian Baur, un estudiante graduado visitante de Alemania, y Stephen Sanders, un estudiante de posgrado en Física y Astronomía, investigó las propiedades ópticas de matrices periódicas de nanopartículas plasmónicas con células unitarias de partículas múltiples. Específicamente, trataron de comprender cómo se puede aprovechar la geometría de arreglos complejos de nanoestructuras plasmónicas para controlar sus respuestas ópticas.

    Estudiaron matrices compuestas por celdas unitarias de dos partículas, en el que la interacción entre las diferentes partículas se puede cancelar o maximizar controlando su posición relativa dentro de la celda unitaria. También encontraron matrices cuya respuesta puede hacerse invariable a la polarización de la luz incidente o fuertemente dependiente de ella. Ambos ejemplos muestran cómo se pueden utilizar sus complejas geometrías para ejercer control sobre la respuesta de las matrices.

    Manjavacas y su equipo también exploraron sistemas con celdas unitarias de tres y cuatro partículas, como un tablero de ajedrez con tres o cuatro tipos diferentes de cuadrados de colores, y demostró que pueden diseñarse para soportar resonancias con patrones de respuesta complejos en los que se pueden excitar selectivamente diferentes grupos de partículas en la celda unitaria.

    "Los resultados de este trabajo sirven para avanzar en nuestra comprensión de las matrices periódicas de nanoestructuras y proporcionan una metodología para diseñar estructuras periódicas con propiedades de ingeniería para aplicaciones en nanofotónica, ", dijo." En particular, te mostramos eso, controlando la posición relativa de las partículas dentro de la celda unitaria, es posible manipular completamente la respuesta óptica del sistema ".


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