Plasmón de superficie de brecha

Un plasmón de superficie de brecha (o plasmón de brecha) es una onda electromagnética guiada que se propaga en un medio transparente situado entre dos regiones metálicas extremadamente cercanas. La propagación en una brecha entre metales obliga a la luz a propagarse parcialmente dentro de las regiones metálicas, ^{[ 1 ]} lo que provoca que el plasmón de brecha se ralentice.

La velocidad del plasmón de brecha se puede modular cambiando el grosor de la brecha, incluso en unos pocos nanómetros.

Un plasmón de brecha es un modo guiado, una solución de las ecuaciones de Maxwell sin fuente. Es la forma en que la luz se propaga dentro de una brecha extremadamente delgada entre dos metales (de la misma naturaleza o no). Como plasmón de brecha, la onda electromagnética puede propagarse hasta cuatro o cinco veces más lento que en el vacío. Este modo guiado solo existe para campos magnéticos paralelos a la interfaz (polarización p). La distancia entre las áreas metálicas debe ser típicamente menor a 50  nm para que el modo guiado se ralentice notablemente. De hecho, el plasmón de brecha se propaga parcialmente dentro del metal  : el campo del plasmón de brecha penetra en el metal hasta una profundidad típica de 25  nm, denominada profundidad de penetración. Un modo guiado lento presenta una longitud de onda efectiva corta y, por lo tanto, un vector de onda muy grande (denotado kx cuando la onda se propaga a lo largo de un eje Ox). A medida que disminuye el espesor de la región dieléctrica, el metal ralentiza el plasmón de brecha y su índice efectivo (así como su vector de onda) aumenta, mientras que su longitud de onda efectiva se reduce.

Los dispositivos basados ​​en plasmones de brecha, como los resonadores, presentan un tamaño típico del orden de la longitud de onda efectiva. Los resonadores de plasmones de brecha tienen, en general, un tamaño reducido en comparación con la longitud de onda de la luz en el vacío. Esta miniaturización es particularmente deseada en plasmónica .

• Resonadores de plasmones de brecha  :

Se pueden obtener mediante autoensamblaje de nanocubos sintetizados químicamente o mediante litografía. Un resonador plasmónico GAP es una cavidad para el modo guiado  : la onda se refleja de un lado a otro dentro del resonador.

Estas estructuras (véase la imagen) presentan un volumen muy reducido en comparación con la longitud de onda en el vacío (lo que permite alcanzar un importante efecto Purcell ). Dichos resonadores pueden utilizarse para diseñar metasuperficies, fabricar hologramas de reflexión o para la impresión en color sublongitud de onda.

Ejemplo  : nanocubos de plata sintetizados químicamente sobre una capa de oro, separados por polímero (ver imagen).

• Moduladores electroópticos ^{[ 2 ]} :

Los moduladores electroópticos están diseñados para modular una señal luminosa; es decir, modulan las características de un haz de luz (como su longitud de onda, estado de polarización o intensidad) para codificar una señal. Los moduladores basados ​​en plasmones de brecha son los más pequeños que existen. ^{[ 3 ]} Gracias a su pequeño tamaño, se reducen las pérdidas. Operan en un amplio rango de frecuencias. De hecho, el límite superior de frecuencia de estos dispositivos está actualmente fuera del alcance de los dispositivos de medición electrónicos.