Nanomotor modelo impulsado por luz polarizada

FRANCO P. BONAFÉ; CRISTIAN GABRIEL SANCHEZ

Capital Federal

Congreso; XIX Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2015

Asociación Argentina de Investigación en Fisicoquímica

La posibilidad de excitar electrones de forma coherente a fin de producir movimientos concertados es un aspecto inexplorado en el campo de la dinámica cuántica. Es conocido que los plasmones en sistemas nanoscópicos generan corrientes internas. Se ha demostrado el carácter no conservativo de las fuerzas inducidas por corrientes, lo cual permite la producción de trabajo neto en caminos cerrados y abre la puerta, por un lado, a una mejor comprensión de fenómenos de electromigración y calentamiento local que daña circuitos eléctricos, y por otro, al diseño de motores impulsados por corrientes en la escala atómica. El origen de estas fuerzas se puede explicar de forma análoga al movimiento de una noria hidráulica. Los dipolos localizados alrededor de obstáculos que existen al paso de corriente son equivalentes a la acumulación de agua en un recipiente de la noria. En el presente trabajo se estudiaron las condiciones que deben cumplirse en un sistema modelo para que exista fuerza angular o torque neto al ser iluminado con luz circularmente polarizada. El sistema consiste en un anillo de espesor monoatómico modelado con un hamiltoniano tight-binding de un orbital por sitio, con parámetros ajustados por Sutton et. al. para reproducir estabilidad estructural y constantes elásticas para metales nobles. Integrando numéricamente la ecuación de Liouville-von Neumann del sistema iluminado, se halló la matriz densidad a todo tiempo. La corriente en cada enlace y el torque en cada sitio se calcularon en función del tiempo. Se estudió la influencia del tamaño del anillo, la dirección de polarización de la luz y la intensidad del campo en las fuerzas y corrientes generadas. Se encontró que el campo eléctrico circularmente polarizado produce una corriente electrónica en la misma dirección que la polarización del campo, cuya amplitud aumenta linealmente con el tiempo. Sin embargo, las corrientes no son capaces de generar fuerzas si el hamiltoniano está descripto sólo por términos de pares, por lo que debieron incorporarse términos angulares. El efecto sobre el torque de cambios de geometría tales como incorporación de un adátomo y distorsiones angulares fue analizado.