Propiedades Ópticas de Cristales Fotónicos 1D con Láminas de Grafeno

RICARDO A. DEPINE; JUAN HERRERA MATEOS

San Miguel de Tucumán,

Congreso; 101a Reunión de la Asociación Física Argentina; 2016

Los cristales fotónicos, aún constituidos solamente por dieléctricos convencionales, han ganado atención en las últimas décadas debido a la cualidad de presentar un conjunto de frecuencias prohibidas conocidas como bandas prohibidas fotónicas, las cuales dependen de la polarización y ángulo de incidencia de la onda electromagnética incidente. Debido a esta propiedad son atractivos en diversas aplicaciones, como por ejemplo: reflectores ópticos, localización de fotones, fabricación de cristales fotónicos guiadores de ónda, entre otras. En aras de buscar acrecentar estas cualidades o ampliar su variedad de aplicaciones se han investigado recientemente las propiedades ópticas de cristales fotónicos con diversos tipos de materiales, entre los que se incluyen metales, semiconductores y metamateriales. En particular, el grafeno es un material que presenta bajas pérdidas disipativas (en comparación con metales usuales) en frecuencias en el rango de los terahercios y del infrarrojo cercano, y además su respuesta óptica puede describirse por medio de una superficie de conductividad dependiente del potencial químico, el cual puede controlarse con un voltaje de compuerta [3]. Sumadas también, sus propiedades de alta movilidad de portadores y durabilidad, hacen de éste un material conveniente para el diseño de cristales fotónicos.En este trabajo nos valemos del método de la matriz de transferencia [1] para estudiar las propiedades ópticas de un cristal fotónico 1D constituido por bicapas dieléctricas limitadas por dos láminas distintas de grafeno (ver figura) discutiendo la reflexión, transmisión y absorción de este sistema, tanto cuando es finito como cuando es infinito, poniendo en evidencia las diferencias que se presentan en el caso con ausencia de grafeno. Asimismo analizamos la influencia del potencial químico de las láminas de grafeno y sus combinaciones en la estructura de bandas fotónicas e investigamos el comportamiento del campo electromagnético en el interior del cristal fotónico graficando perfiles de campo eléctrico a algunas frecuencias críticas. Por último discutiremos la presencia de plasmones en el sistema.[1] Yariv, A.; Yeh, P. Optical Waves in Crystals. John Wiley & Sons, Inc. USA, 1984.[2] Madani, A; Entezar S. Optical properties of one-dimensional photonic crystals containing graphene sheets. Physica B: Condensed Matter 431, 1-5, 2013.[3] Falkovsky, L. Optical properties of graphene. Journal of Physics: Conference Series 129, 2008.[4] Zhan, T. et al. Transfer matrix method for optics in graphene layers. Journal of Physics Condensed Matter 25(21), 2013