Nanoestructuración para obtener materiales compuestos de vidrio mejorados
Los materiales nanocompuestos de vidrio y metal presentan varias ventajas de cara a la fabricación de materiales innovadores para aplicaciones fotónicas y optoelectrónicas. Además de su resonancia en la zona visible y de infrarrojo cercano del espectro, presentan una respuesta óptica no lineal intensa y muy rápida. Su compatibilidad con circuitos fotónicos y electrónicos está facilitando también la utilización de estos materiales en varias aplicaciones tecnológicas. En el marco del proyecto NANOCOM (Nanostructured composite materials), los investigadores utilizaron la nanoestructuración de materiales compuestos vítreos para desarrollar materiales innovadores para fotónica. Las actividades del proyecto incluyeron la modelización, fabricación y caracterización de materiales nanocompuestos con patrones submicrónicos, la fabricación de materiales nanocompuestos vidrio-metal bimetálicos y su modificación con campos eléctricos. Los investigadores desarrollaron en primer lugar modelos para describir los procesos físicos y químicos que se producen durante la formación de materiales nanocompuestos vidrio-metal. Con ellos consiguieron una precisa descripción cuantitativa de la difusión reactiva de metales reducibles y de agentes reductores (hidrógeno) en los vidrios. Tras fabricar con éxito materiales nanocompuestos vidrio-metal bimetálicos utilizando cobre y plata, el equipo observó que las nanopartículas de cobre se formaban más cerca de la superficie de la losa de vidrio que las de plata. Eso hace posible el diseño de estructuras en capas con periodicidad submicrónica para uso en dispositivos totalmente ópticos. Además de demostrar experimentalmente la teoría de disolución asistida por campos eléctricos (EFAD) que provoca la modificación del vidrio y la adopción de patrones nanoscópicos, los investigadores desarrollaron también modelos relativos para describir el comportamiento del vidrio. Los resultados abren nuevas vías a la utilización del vidrio en la fabricación de componentes fotónicos y optoelectrónicos. La formación de películas de islotes metálicos en la superficie del vidrio se aprovechó para fabricar redes mono y bidimensionales polarizando el vidrio con un electrodo de carbono vítreo nanoestructurado. Los resultados son útiles para el desarrollo de dispositivos sensores y plasmónicos. Además, los investigadores demostraron que la respuesta no lineal se puede inducir variando el tamaño de las nanopartículas. Los miembros del equipo desarrollaron tres métodos diferentes, incluido el de EFAD, para la fabricación de componentes nanofotónicos de vidrio y metal. Mostraron que esas técnicas de nanoestructuración se pueden utilizar para producir estructuras de tan solo 150 nm con distintos grados de birrefringencia y dicroísmo. Las técnicas se utilizaron después para formar redes de difracción mono y bidimensionales. Las redes formadas mediante grabado iónico reactivo demostraron la capacidad de controlar la respuesta no lineal de la estructura. Este resultado será útil en futuros dispositivos fotónicos y ópticos no lineales que dependen de la absorción saturable (inversa) en determinados rangos espectrales. Los materiales nanocompuestos desarrollados en el marco del proyecto NANOCOM podrían ampliar la funcionalidad de futuros componentes fotónicos. Los resultados del proyecto se divulgaron mediante treinta y seis artículos en revistas científicas con comité de lectura y en cincuenta conferencias.
Palabras clave
Nanoestructuración, materiales nanocompuestos vidrio-metal, fotónica, optoelectrónica, dispositivos plasmónicos
