¿Qué sucede cuando excita ensamblajes novedosos de nanomateriales usando luz estructurada? Una investigación conjunta entre la Universidad Tecnológica de Tampere (TUT) (Finlandia) y la Universidad de Tübingen (Alemania) ha demostrado que la luz cuidadosamente estructurada y los arreglos coincidentes de nanoestructuras metálicas (los llamados "oligómeros plasmónicos") se pueden combinar para alterar las propiedades de los luz generada a escala nanométrica. En particular, Los equipos han demostrado que la eficiencia de los campos ópticos no lineales (por ejemplo, segundo armónico) generado a partir de los oligómeros está fuertemente influenciado por cómo los constituyentes del oligómero están dispuestos en el espacio y cómo estos constituyentes son iluminados por luz estructurada.

Los procesos ópticos no lineales proporcionan la base para importantes funcionalidades en fotónica, como la conversión de frecuencia de la luz, generación de pulsos de luz ultracortos, así como procesamiento y manipulación ópticos. Se espera que un mayor avance en este campo sea impulsado por la síntesis de nuevos nanomateriales con propiedades ópticas adaptables y por nuevos enfoques para acoplar la luz de manera eficiente en tales nanomateriales. Para este último propósito, haces de luz con polarizaciones no convencionales, la llamada luz estructurada, se espera que sean cruciales.

Para demostrar tales capacidades, los autores diseñaron y fabricaron conjuntos de nanobarras de oro con dimensiones y orientaciones bien definidas, de modo que su tamaño total coincide con el tamaño de un rayo láser enfocado, es decir., aproximadamente 1 micrón. Para investigar la respuesta no lineal de tales oligómeros plasmónicos, los autores utilizaron una nueva técnica de microscopía óptica, que está equipado con haces estructurados por polarización. Más específicamente, los autores utilizaron haces vectoriales cilíndricos polarizados radial y azimutalmente que exhiben estados de polarización no uniformes a través de la sección transversal del haz.

“Trabajos anteriores sobre efectos ópticos no lineales en oligómeros plasmónicos se han basado en el uso de ondas planas o haces enfocados con homogéneos, es decir., uniforme, estados de polarizaciones. Aquí, utilizamos un microscopio óptico no lineal equipado con haces estructurados por polarización en forma de rosquilla para estudiar tales oligómeros. Descubrimos que la eficiencia general de los efectos ópticos no lineales de estas estructuras se ve fuertemente afectada por la estructura espacial del haz y las interacciones colectivas apoyadas por el oligómero. Esperamos que nuestro trabajo despierte aún más el interés en el estudio y manipulación de efectos ópticos no lineales en nuevos sistemas a nanoescala que utilizan haces de excitación no convencionales ", dice el Dr. Godofredo Bautista, investigador postdoctoral del Grupo de Óptica No Lineal del Laboratorio de Fotónica del TUT y coautor del trabajo.

Profesor Martti Kauranen, jefe del Grupo de Óptica No Lineal y Laboratorio de Fotónica, quien supervisó la investigación en TUT, afirma que "Más allá de los efectos no lineales estudiados en el presente trabajo, nuestros resultados muestran en general lo importante que es adaptar el haz óptico incidente para acoplar la luz de manera eficiente en nanoestructuras complejas ".

Profesora Monika Fleischer, director del Grupo de nanoestructuras plasmónicas de la Universidad de Tübingen y coautor correspondiente, quien supervisó la investigación en la Universidad de Tübingen, añade:"La nanotecnología proporciona herramientas de alta precisión que nos permiten adaptar los arreglos de nanoestructuras metálicas, también llamadas antenas ópticas, con propiedades prediseñadas. De esta manera se pueden enfocar interacciones específicas con rayos láser no convencionales, y las intensidades generales de la señal pueden maximizarse ". Los investigadores creen que sus resultados serán útiles en el diseño e implementación de nuevos tipos de componentes ópticos y técnicas de caracterización que utilizan campos ópticos no convencionales.