Buenos Aires, 8 de octubre del 2014

UNIVERSIDAD AUTONÓMA DE BAJA CALIFORNIA Programa de Movilidad Académica Campus Ensenada   REPORTE DE ACTIVIDADES de Ciencias (no. de empleado 20396)

Claudio Valencia

de la Facultad de

Dra. María del Socorro Montaño Rodríguez COORDINADORA DE COOPERACIÓN INTERNACIONAL E INTERCAMBIO ACADÉMICO Se realizó una estancia de investigación en la Universidad de Buenos Aires en colaboración con el Grupo de Electromagnetismo Aplicado con las Dras. Diana Skigin y Marina Inchaussandague. El trabajo estuvo enfocado, principalmente, en organizar resultados obtenidos anteriormente para reportarlos a un congreso que se realizó en la ciudad de Tandil, Argentina, durante el mes de septiembre. Cabe destacar que esta presentación será el preámbulo de un artículo en una revista con arbitraje que se está preparando en este momento. Adjunto con la presente el póster presentado en el evento. Por otro lado, me parece importante mencionar que el Programa de Movilidad Académica ha contribuido de manera determinante para que pueda mantener el perfil SNI 1, el cual acabo de renovar en la última convocatoria.

Sin otro particular y agradeciendo el apoyo brindado, atentamente,

Dr. Claudio I. Valencia Yaves Profesor Titular C Fac. de Ciencias [email protected]

Resonancias de fase en superficies metálicas con cavidades: efecto de una nanopartícula Valencia C I1, Skigin D C2 3 1 Facultad de Ciencias, Universidad Autónoma de Baja California (UABC), Ensenada, BC 22860, México 2 Departamento de Física, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales - Universidad de Buenos Aires 3 Instituto de Física de Buenos Aires, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales CONICET- Universidad de Buenos Aires

INTRODUCCIÓN: Un sistema formado por una superficie perfectamente conductora con un grupo de cavidades de perfil bivaluado puede ser excitado por una onda plana de determinadas longitudes de onda con polarización incidente TM para producir lo que se conoce como resonancias de fase [1]. Estas resonancias tienen su origen en la distribución particular de la fase del campo magnético dentro de las cavidades. Cuando se excita una resonancia de fase se producen cambios abruptos en la intensidad reflejada por la estructura y, al mismo tiempo, una importante intensificación del campo dentro de las ranuras. Este tipo de resonancias ha sido ampliamente estudiado tanto desde el punto de vista teórico como experimental, en estructuras reflectoras y transmisoras, principalmente en sistemas de alambres de sección rectangular [1-3]. En este trabajo se estudia el efecto que introduce el acercamiento de una partícula de tamaño menor que la longitud de onda de trabajo, en la generación de resonancias de fase en superficies metálicas con canaletas de perfil bivaluado. Para resolver este problema se utiliza el método integral [4]. RESONANCIAS Y SIMETRÍAS

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En un trabajo previo [5] se ha mostrado que las resonancias de fase también pueden ser excitadas en estructuras con cavidades de perfil circular, como se muestra en la Fig.1(a). Por ejemplo, para un sistema formado por 3, 4 ó 5 cavidades iluminado bajo incidencia normal, se puede observar un cambio abrupto en la intensidad del campo lejano para una determinada longitud de onda. Sin embargo, esta característica no se mantiene cuando el sistema consta de 2 cavidades, como se ilustra en la Fig.2(a). En este caso, la condición de incidencia normal impone una simetría sobre las propiedades de los campos electromagnéticos dentro de cada cavidad, en particular hace que sus fases sean iguales. Esta diferencia de fase nula entre los campos de ambas cavidades impide la generación de un comportamiento anómalo.

En la Fig. 3 se muestran diferentes rasgos de la respuesta electromagnética en función de la frecuencia, evaluando el campo lejano, el campo cercano y la diferencia de fase entre los campos de ranuras vecinas, para distintas distancias entre la partícula metálica y la superficie (yc), dejando fija su coordenada horizontal en xc=2µm. Se grafica como referencia la respuesta del sistema en ausencia de partícula (curva negra en los gráficos).

r

Incident field

#

!"

(N-1)/2

1

vacuum

(a)

N

x

perfect conductor

d

!&

Intensidad del campo lejano

y

!0 #"

Lx

!%

y

#"

% !(

1

r N/2

7000

vacuum

!"

N

x

!#

!'

!$#

D

perfect conductor

d

Figura 1

Una posibilidad para obtener resonancias de fase en sistemas formados por 2 !$& cavidades es cambiar las condiciones de incidencia, por ejemplo, de incidencia !" normal a incidencia oblicua. Otra manera de hacerlo consiste en acercar a la !$% estructura una partícula metálica, como se muestra en la Fig.1(b). !' 2 1.8

!&%

!&$

!&#

!"

#

(a) 2 cavidades

1.8 1.6

1.4

1.2

1.2

1

1

0.8

0.8

0.6

0.6

0.4

0.4

0.2

0.2 0.18

0.2

!" 1.6 1.4

"

(b) 3 cavidades

* 1.4

1.6

0.22 (2 //h)rad

!#

0.24

!$

0.26

%

) 1.4 1.2

1

1

0.8

0.8

0.6

0.6

0.4

0.4

0.2

0.2 0.2

0.22 (2 //h)rad

0.24

0.26

0.2

0.22 (2 //h)rad

$

1.2

0 0.18

0.2

0.22 (2 //h)rad

5000 4000

sin circ. yc=0.25 yc=2.0 yc=5.0 yc=15.0

0.24

0.26

0.24

0.26

0.24

0.26

(b)

3000 2000 1000 0.2

0.22 (2 //h)rad

180 (c) 160 140 rad1=rad2=0.5 rad3=0.2 120 todas las unidades en !m 100 80 60 40 20 0 0.18 0.2

0.22 (2 //h)rad

Figura 3

0 0.18

1.6

(c) 4 cavidades

6000

0 0.18

diferencia de fase [grados]

)

(b) d

2 (a) 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0.18

(xc,yc)

!0

intensidad cavidad 2

Incident field

!$

A medida que la partícula se acerca a las cavidades se observa lo siguiente: a.  Las resonancias de fase se hacen más notables (Fig.3(a)). b.  La intensificación del campo interior debida a la resonancia de fase se hace más importante (Fig.3(b)). c.  La diferencia de fase tiende a 180° (Fig.3(c)).

#

0.24

0.26

"

(d) 5 cavidades

0 0.18

Figura 2 [1] DC Skigin et al, Phys. Rev. Lett. 95 (2005) 217402 [2] M Navarro-Cía et al, Appl. Phys. Lett. 94 (2009) 091107 [3] M Beruete et al, Opt. Express 18 (2010) 23957 [4] CI Valencia et al, J. Opt. Soc. Am. B 20 (2003) 2150. [5] CI Valencia et al, Appl. Opt. 48 (2009) 5863

0.2

0.22 (2 //h)rad

0.24

0.26

En los resultados obtenidos se observa claramente la influencia de la partícula sobre la respuesta electromagnética de la superficie con 2 cavidades. Como era de esperar, a medida que la partícula se acerca a las cavidades, las resonancias de fase se hacen más evidentes en el campo lejano, la intensificación de los campos dentro de las cavidades es más notoria y la diferencia de fase entre los campos de cavidades vecinas tiende al valor de 180°, el cual representa un valor de acoplamiento óptimo del sistema. Es evidente que la presencia de la partícula hace posible que las 2 cavidades interactúen provocando la excitación de las resonancias de fase, aún bajo la condición de incidencia normal en la cual no era posible obtener este tipo de resonancias para sistemas de 2 cavidades. Los resultados obtenidos sugieren que las resonancias de fase podrían utilizarse para lograr intensificación de campo en volúmenes reducidos, para filtros, etc., e incluso podrían sintonizarse mediante el acercamiento de una nano-punta de prueba en experimentos de campo cercano.