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Circuitos ópticos en la nanoescala

Un equipo de científicos financiado por la Unión Europea ha diseñado técnicas novedosas para detectar las ondas sincronizadas de densidad de carga de los electrones en materiales nanoestructurados. La tecnología debería acelerar el desarrollo de nuevos dispositivos magneto-ópticos.
Circuitos ópticos en la nanoescala
El esclarecimiento de los misterios del mundo cuántico ya está dando lugar a nuevos materiales y dispositivos. Las oscilaciones sincronizadas de la densidad de carga de los electrones en las interfases de determinadas nanoestructuras metálicas se denominan resonancia de plasmones superficiales localizados (LSPR).

Los dispositivos plasmónicos activos que utilizan una sustancia química o un recurso físico para controlar un sistema plasmónico ofrecen grandes posibilidades de uso en circuitos ópticos en la nanoescala, entre otros en biosensores avanzados. Si ese recurso físico es un campo magnético, el resultado es un sistema magnetoplasmónico.

Los socios del proyecto «Imaging the plasmonic activity of magnetic nanostructures» (IPMAGNA) se propusieron estudiar la LSPR mediante técnicas de sondeo microscópico locales en nanoestructuras que presentan propiedades magneto-ópticas (MO). Para ello, los investigadores tenían que iluminar los materiales nanoestructurados para inducir la LSPR y luego utilizar la microscopía de fuerza magnética (MFM) para realizar mediciones durante la iluminación y, de este modo, poder detectar los componentes magnéticos de su distribución de campo (detección por MFM previa iluminación).

Para poder realizar las mediciones MFM, los investigadores modificaron la punta de la sonda de un microscopio de fuerza atómica (AFM) con un recubrimiento de metal. Por otra parte, desarrollaron técnicas de nanofabricación para crear nanodiscos y nanoagujeros en películas delgadas. Además, controlando la composición y las dimensiones de las nanoestructuras, consiguieron sintonizar la longitud de onda de las LSPR (su frecuencia de oscilación) con la longitud de onda del láser utilizado para la MFM. A continuación, lograron optimizar la técnica de detección de MFM minimizando la interferencia de láser entre el láser de excitación y el láser de detección, así como aumentando la relación entre la señal y el ruido. Por último, los científicos utilizaron un nuevo modo de detección que permite incrementar la resolución lateral en un 20 % y reducir la distancia entre la punta de la sonda y la muestra a sólo dos nanómetros (2 nm).

Pese a que no detectaron una firma magnética fiable asociada con la LSPR, las pruebas apuntan a que una potencia de láser superior debería permitir solventar estos problemas. Mientras tanto, las nuevas técnicas de detección magnética desarrolladas por los socios de IPMAGNA deberían encontrar aplicaciones inmediatas tanto en el ámbito de la investigación académica como por parte de la industria, que utiliza habitualmente técnicas de MFM para evaluar los medios de almacenamiento magnético.

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