Metasuperficies plasmónicas con factor Q ultra alto
- centroopticafcbi
- Mar 26, 2021
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Updated: May 27, 2021
Marzo, 26 2021
La investigación reciente en plasmónicos y metamateriales ha dado lugar a desarrollos interesantes en el campo de la nanofotónica. Sin embargo, la transición a aplicaciones prácticas como la biodetección, la espectroscopia y el nanollasado sigue obstaculizada por factores de baja calidad ( factores Q ) como resultado de las grandes pérdidas óhmicas intrínsecas a todos los metales.
En un nuevo estudio, un equipo de investigadores ha llevado los límites del factor Q en un tipo especial de metasuperficie plasmónica a casi 2400, que es al menos 10 veces mayor que los valores reportados anteriormente.
El trabajo podría anular una noción arraigada de que las nanoestructuras plasmónicas metálicas demuestran pérdidas demasiado grandes para los dispositivos del mundo real.
Aprovechando una respuesta colectiva
El miembro temprano de la OSA, Orad Reshef, y sus colegas habían fabricado previamente metasuperficies con matrices periódicas de nanopartículas que soportan resonancias ópticas llamadas resonancias de celosía de superficie (SLR). Las metasuperficies basadas en SLR tienen factores Q mucho más altos que las metasuperficies tradicionales, que se basan en nanoestructuras individuales que exhiben resonancias de plasmones superficiales localizados (LSPR), debido a una respuesta colectiva de las matrices.
"Honestamente, teníamos mucha curiosidad por ver qué tan alto podría ser el factor Q en una metasuperficie plasmónica", dijo Reshef, becario postdoctoral de Banting en la Universidad de Ottawa, Canadá. "Queríamos ver cuánto se podría mejorar, con miras a implementar tal vez alguna aplicación en óptica no lineal en el futuro".
Si bien los factores Q asociados con las LSPR suelen ser inferiores a 10, el factor Q más alto observado experimentalmente en una metasuperficie basada en SLR hasta la fecha fue 430. Saad Bin-Alam, el autor principal del trabajo actual, obtuvo rápidamente valores superiores a 500, lo que lo sorprendió y estimuló una línea de investigación para descubrir por qué su factor Q aumentó tan dramáticamente en comparación con otros grupos.
Factor Q récord
Bin-Alam y Reshef iteraron en varios parámetros de diseño diferentes para identificar las limitaciones de las metasuperficies anteriores basadas en SLR. Descubrieron que la geometría de la nanoestructura, el tamaño de la matriz y la coherencia espacial de la fuente de luz de sondeo tenían la mayor influencia en el factor Q. Al final, los investigadores demostraron una metasuperficie plasmónica con un factor Q de 2340 en la banda C de telecomunicaciones.
“La Q que reportamos, de aproximadamente 2400, es una de las más altas reportadas en cualquier metasuperficie, independientemente de la plataforma”, dijo Reshef. "El hecho de que se obtuviera en una metasuperficie que presentaba partículas plasmónicas realmente cambia la sabiduría convencional de que los metales deben evitarse en la fotónica".
Él cree que, con el enfoque correcto, el factor Q aún podría mejorarse aún más. Ahora que se ha superado un gran obstáculo de las nanoestructuras plasmónicas, los investigadores prevén aplicaciones potenciales como filtros de banda estrecha, nanoláseres y conversión descendente paramétrica para fuentes cuánticas anunciadas.
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