Detección directa de fuerzas ópticas de naturaleza magnética en nanoantenas dieléctricas

M. POBLET; Y. LI; CORTÉS, EMILIANO; MAIER, STEFAN A.; G. GRINBLAT; A. V. BRAGAS

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

Las fuerzas opticas han sido de enorme importancia al describir una amplia variedad de fenomenos fisicos fundamentales, con realizaciones experimentales que incluyen hitos como pinzas opticas, impresion laser de nanoparticulas, atrapamiento y enfriamiento de iones y optomecanica de cavidades. En general, dado que la mayoria de los materiales tienen una respuesta magnetica muy debil a frecuencias opticas, las fuerzas opticamente inducidas tienen su origen en la parte electrica del campo electromagnetico de la luz [1, 2]. Sin embargo, este no es el caso para una nanoantena dielectrica de alto indice de refraccion, ya que recientemente se ha demostrado que acopla ecficientemente a modos opticos electricos y magneticos [3]. En este trabajo, utilizamos un microscopio de sondalocal en conguracion de microscopia de fuerza fotoinducida (PiFM) para medir las fuerzas magneticas opticas, producidas por una nanoantena dielectrica sobre una sonda dielectrica de campo cercano. Se estudiaron discos de germanio de 80 nm de altura y se observo un minimo de dispersion relativa para un diametro de 320 nm, que se asigno a una excitacion de tipo anapolar [4, 5]. Al iluminar una nanoantena de germanio en su condicion de excitacion anapolar y escanear sobre ella con una sonda de silicio, revelamos la distribucion espacial, la direccion y la magnitud de las fuerzas opticas generadas. Recuperamos mapas de fuerza optica que revelan fuerzas de hasta 20 pN, principalmente de naturaleza magnetica, de acuerdo con nuestras simulaciones por el metodo de diferencias nitas en el dominio temporal (FDTD). Los resultados de esta investigacion abren nuevas vias para el estudio, la deteccion y la generacion de fuerzas de luz magnetica casi completamente inexploradas aescala nanometrica.[1] Fei Huang, Venkata Ananth Tamma, Zahra Mardy, Jonathan Burdett H. Kumar Wickramasinghe. Sci Rep5, 10610 (2015).[2] Thejaswi U. Tumkur, Xiao Yang, Benjamin Cerjan, Naomi J. Halas, Peter Nordlander, and Isabell Thomann.Nano Lett. 16, 12, 7942-7949 (2016).[3] Martn Caldarola, Pablo Albella, Emiliano Cortes, Mohsen Rahmani, Tyler Roschuk, Gustavo Grinblat, Rupert F. Oulton, Andrea V. Bragas, and Stefan A. Maier. Nat Commun 6, 7915 (2015).[4] Andrey E. Miroshnichenko, Andrey B. Evlyukhin, Ye Feng Yu, Reuben M. Bakker, Arkadi Chipouline, Arseniy I. Kuznetsov, Boris Luk?yanchuk, Boris N. Chichkov Yuri S. Kivshar . Nat Commun 6, 8069 (2015).[5] Gustavo Grinblat, Yi Li, Rupert F. Oulton, and Stefan A. Maier. Nano Lett. 16, 7, 4635-4640 (2016).