Investigadores del Instituto de Micro y Nanotecnología (IMN, CNM-CSIC) participan en un estudio internacional pionero en el campo de la nanofotónica: la acustoplasmónica Quiral. Esta tecnología de vanguardia aprovecha propiedades únicas de nanoestructuras plasmónicas para revolucionar los avances en campos como la detección, las comunicaciones y las tecnologías cuánticas.
La colaboración internacional entre el Instituto de Micro y Nanotecnología (IMN,CNM-CSIC, Madrid) y el Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies – C2N (CNRS, Universite Paris-Saclay, France) dirigido por Dr. Antonio García-Martín (IMN,CNM-CSIC) y Dr. Daniel Lanzillotti-Kimura (CNRS) profundiza en esta cuestión en el artículo teórico publicado en Nanophotonics. Propone el uso de nanoestructuras plasmónicas, que presentan propiedades quirales, para la mejora de la generación y detección de fonones. “Estamos emocionados de presentar la Acustoplasmónica Quiral, una tecnología revolucionaria, simple y fácil de fabricar, que combina la quiralidad, acústica y plasmónica para lograr un control sin precedentes sobre la manipulación de luz y materia a la nanoescala”, cuenta Dr. Antonio García-Martín.
La nanofotónica, un campo de la nanotecnología en rápido desarrollo, abarca el estudio de los fonones acústicos – vibraciones acústicas de muy alta frecuencia de átomos en una red – a escala nanométrica. Estas ondas modulan las propiedades físicas de un sistema en estado sólido que depende de la posición relativa de los átomos y, por tanto, tienen una fuerte interacción con otras excitaciones como electrones, fotones y magnones. La ingeniería de los fonones acústicos desempeña un importante papel en numerosas aplicaciones, desde sensores hasta tecnologías cuánticas. Uno de los principales desafíos en el campo es la falta de transductores eficientes para el control óptimo de fonones acústicos.
La quiralidad es un concepto fundamental de la química y la física que describe la asimetría y las características distintivas que presentan ciertas moléculas y objetos que existen en dos formas enantioméricas diferente (que son imágenes especulares entre sí) pero incapaces de alinearse perfectamente. Aunque las formas a diestras o zurdas de un objeto quiral suelen tener propiedades idénticas, sus interacciones con otras estructuras quirales divergen. Los investigadores exploran la interacción entre la quiralidad de la polarización de la luz (que puede tomar polarización circular a derechas o izquierdas) y la geometría quiral de dos nanobarras plasmónicas giradas y embebidas en sílice, y proponen teóricamente una plataforma para la transducción eficiente de fonones acústicos
La incorporación de la quiralidad a las nanoestructuras plasmónicas permite un control sin precedentes de las secciones eficaces de absorción y dispersión, que dependen directamente de la polarización circular de la luz incidente. Además, en los experimentos acustoplasmónicos, la generación de fonones depende de la absorción de la luz, mientras que la detección de fonones depende de la dispersión de la luz. «El uso de estructuras que sostienen modos ópticos quirales parece una estrategia natural, aunque inexplorada, para abordar estas condiciones», señaló Dr. Lanzillotti-Kimura. “Así pues, el sistema quiral que proponemos abre el camino a una excitación y detección de fonones coherente, selectiva y mejorada», completa.
La acustoplasmónica quiral es un componente fundamental de los transductores fonónicos de alta eficacia. Las aplicaciones potenciales de la acustoplasmónica quiral son amplias y de gran alcance. «Creemos que esta tecnología no sólo amplía las fronteras de la nanofonónica, sino que también allana el camino para avances revolucionarios en campos como la detección, las comunicaciones y las tecnologías cuánticas», afirma Daniel. «Podríamos extender el uso de estructuras quirales a emisores monofotónicos basados en puntos cuánticos donde la helicidad se podría convertir en un nuevo parámetro de diseño», termina.
COMUNICACIÓN IMN-CNM,CSIC/ JULIO 2023
Fuente: “Towards chiral acoustoplasmonics,” por Beatriz Castillo López de Larrinzar, Chushuang Xiang, Edson Rafael Cardozo de Oliveira, Norberto Daniel Lanzillotti-Kimura y Antonio García-Martín, Nanophotonics, 12, 1957 (2023).
El artículo se puede encontrar en https://doi.org/10.1515/nanoph-2022-0780.
En la imagen: esquema de una estructura plasmónica quiral para la generación y detección eficiente de fonones acústicos / CNRS
