Simulaciones numéricas de procesos ópticos lineales y no lineales en nanoantenas de GaP

MORETTI, GIANNI; A. V. BRAGAS; G. GRINBLAT

Congreso; Reunión anual de la Asociación de Física Argentina; 2020

Las nanoantenas ópticas son estructuras capaces de enfocar la luz en volúmenes sub-longitud de onda, amplificando de forma sustancial la intensidad local del campo eléctrico [1]. El estudio de nanoantenas metálicas, de materiales como Au y Ag, ha dado lugar al desarrollo de diversas aplicaciones prácticas. Sin embargo, dado que el mecanismo responsable del confinamiento de la luz en nanoantenas metálicas se origina en la oscilación colectiva de electrones libres (plasmones), éste lleva asociado, por disipación Joule, la generalmente indeseada producción de calor.Recientemente, nanoantenas de materiales dieléctricos de alto índice de refracción han sido propuestas como alternativas al caso metálico [2,3]. A diferencia del fenómeno plasmónico, las nanoantenas dieléctricas confinan la luz a través de la oscilación de electrones de ligadura (corrientes de desplazamiento), dando lugar a resonancias de tipo Mie que no conllevan disipación de energía. De esta manera, si la energía de excitación fotónica se encuentra por debajo del borde de absorción del dieléctrico, la generación de calor en la nanoantena resulta esencialmente nula. Debido a la intensificación del campo lumínico que provee la nanoantena, procesos ópticos no lineales se ven fuertemente amplificados, dado que las eficiencias asociadas a estos fenómenos aumentan con la potencia de excitación.En este trabajo se presentan resultados de simulaciones numéricas sobre nanoantenas dieléctricas de Fosfuro de Galio (GaP), en distintas geometrías, utilizando el programa comercial COMSOL Multiphysics. Se diseñaron nanoantenas con diversas características y se efectuaron análisis de su respuesta lineal y no lineal. Dentro de las propiedades lineales estudiadas se encuentra el análisis de la sección eficaz de dispersión del campo electromagnético de estas estructuras, así como también su descomposición multipolar, patrones de radiación en el campo lejano, y distribución espacial del campo cercano. Los fenómenos no lineales estudiados son de segundo y tercer orden, como la generación de segunda y tercer armónica.Estas herramientas se encuentran enmarcadas en un proyecto que busca medir experimentalmente fenómenos no lineales en nanoantenas dieléctricas de GaP y Si, y es de particular interés conocer previamente los patrones de radiación de los campos resultantes y las resonancias del sistema.[1] V. Giannini, A. I. Fernández-Domínguez, S. C. Heck, S. A. Maier. Chem. Rev.111, 3888−3912 (2011).[2] M. Caldarola, P. Albella, E. Cortés, M. Rahmani, T. Roschuk, G. Grinblat, R.F. Oulton, A. V. Bragas, S. A. Maier. Nat. Commun.6, 7915 (2015).[3] G. Grinblat, Y. Li, M. P. Nielsen, R. F. Oulton, S. A. Maier. Nano Lett.16, 4635?4640 (2016).