Acople de luz en forma de plasmones en grafeno mediante ondas acústicas superficiales

Investigadores del Campus Moncloa dentro del Clúster de Materiales para el Futuro para el Futuro han propuesto un mecanismo novedoso para acoplar luz láser en forma de plasmones en grafeno con la ayuda de ondas acústicas superficiales (SAWs, en la siglas inglesas) generadas eléctricamente.

09/01/2014

Investigadores del Campus Moncloa dentro del Clúster de Materiales para el Futuro han propuesto un mecanismo novedoso para acoplar luz láser en forma de plasmones en grafeno con la ayuda de ondas acústicas superficiales (SAWs, en la siglas inglesas) generadas eléctricamente.

Los plasmones son ondas electromagnéticas confinadas en la intercara entre dos materiales acompañadas por oscilaciones colectivas de las cargas superficiales. El fuerte confinamiento del campo electromagnético y su acople a los portadores de carga permiten la manipulación de la luz a escalas inferiores a su longitud de onda (más allá del límite de difracción de la óptica clásica), permitiendo la integración de la electrónica y la óptica en la nanoescala. Otras aplicaciones prometedoras de la plasmónica incluyen la detección de una única molécula, metamateriales y sistemas de captura de luz.

El grafeno, una monocapa de átomos de carbono dispuestos en una estructura cristalina de panal de abeja, forma un gas bidimensional de electrones que soporta plasmones en un amplio rango de frecuencias, desde el infrarrojo hasta los terahercios. A diferencia de los plasmones convencionales en metales nobles, los plasmones en grafeno pueden ser sintonizados in-situ a través de la modulación de su densidad de portadores mediante una puerta electrostática. Sin embargo, en los experimentos realizados hasta la fecha, el acople de luz láser en forma de plasmones en grafeno requiere complejas técnicas de campo cercano, o la fabricación de estructuras periódicas de escala micro- o nanométrica para el acople en campo lejano, donde la dispersión en los bordes reduce la vida media de los plasmones, impidiendo aprovechar el potencial de las aplicaciones plasmónicas del grafeno.

En el esquema propuesto en el Campus de Moncloa, la radiación de campo lejano se convierte en plasmones en el grafeno a través de la deformación producida por una SAW que forma una red de difracción sin necesidad de fabricar ningún patrón en el grafeno. Un transductor interdigitado (IDT, en las siglas inglesas) sobre una capa piezoeléctrica se utiliza para generar la SAW que atraviesa la capa de grafeno como se muestra en la figura. Mediante la difracción, la luz láser incidente puede superar el desajuste de momento y excitar plasmones en el grafeno. Más aún, estos plasmones pueden ser controlados eléctricamente a través de la señal de alta frecuencia en el IDT, mientras que la resonancia del plasmón se modula mediante una puerta electrostática. Además, la tecnología de IDTs permite desarrollar múltiples funcionalidades. Por ejemplo, un IDT curvo permite crear SAWs que interfieren para enfocar plasmones. Así, las SAWs permiten diseñar metamateriales basados en grafeno controlados eléctricamente.

Este trabajo ha sido desarrollado por Jürgen Schiefele (Departamento de Física de Materiales, UCM) y Jorge Pedrós (Instituto de Sistemas Optoelectrónicos y Microtecnología, UPM), junto con Fernando Sols (UCM), Fernando Calle (UPM) y Francisco Guinea (CSIC). Los autores agradecen la financiación de la Marie Curie ITN NanoCTM, el Campus de Excelencia Internacional (Campus Moncloa UCM-UPM), la ERC Advanced Grant 290846, y el MICINN a través de los proyectos FIS2008-00124, FIS2010-21372, TEC2010-19511 y FIS2011-23713.

Ámbito: Materiales para el Futuro    Fuente: CEI Campus Moncloa

Fecha del evento:

09/01/2014