Development of active plasmodic devices based on magnetoplasmonic nanoestructures

摘要

En esta tesis se ha estudiado y analizado en profundidad el efecto de un campo magnético en plasmones propagantes de superficie, usando la estructura metálica Au/ Co/Au. Este análisis se ha llevado a cabo mediante un dispositivo activo, en particular en un interferómetro plasmónico que actúa como un modulador; pues al aplicar el campo magnético el vector de onda va a verse modificado, y en consecuencia habremos modulado también el patrón de interferencia del interferómetro. Este análisis ha sido realizado tanto experimentalmente como teóricamente. Por ejemplo se han litografiado mediante ¿Haz de iones focalizado¿ (FIB) los interferómetros, también se ha realizado el montaje óptico y magnético especial con su correspondiente automatización para la medida de la modulación magnética. Además se han caracterizado todas las muestras tanto óptica como magnéticamente mediante elipsometría y espectros kerr polares y transversales, se ha visto su topografía mediante AFM cuando ha sido necesario¿ El estudio teórico se ha hecho mediante el método de matriz de ¿dispersión¿, y analíticamente cuando ha sido posible.En concreto, hemos estudiado la dependencia de la modulación magnética de los plasmones con los distintos parámetros implicados en el interferómetro, como por ejemplo la estructura de la tricapa o las constantes magnetoópticas, así como la dependencia espectral y las posibilidades de aumentar dicha modulación magnética de manera sencilla. También se ha explorado la capacidad sensora de estos interferómetros modulados con un campo magnético y se han comparado con los conocidos sensores de resonancia de plasmón, llamados SPR. Finalmete, debido a la naturaleza evanescente de los plasmones, hemos analizado el concepto de modulación magnética de los SPPs en el campo cercano, usando distintas configuraciones interferométricas. De este trabajo, se han obtenido cinco conclusiones globales:El interferómetro magnetoplasmónico es una herramienta muy interesante tanto para medir como para analizar la modulación magnética del vector de onda del plasmón. Además los parámetros que gobiernan esta modulación magnética están relacionados principalmente con las propiedades del plasmón, más que con las propiedades magnetoópticas del material ferromagnético. Es especialmente fundamental el papel de la distribución del campo electromagnético del plasmón a lo largo de los materiales que forman la intercara, estrechamente relacionado con su relación de dispersión y la separación de ésta respecto a la línea de la luz.El interferómetro magnetoplasmónico puede ser, además, un dispositivo en sí mismo. Es una opción viable a la hora de modular de forma activa el plasmón. Hemos visto que aplicando campos magnéticos moderados ($20$ mT) obtenemos valores de modulaciones de intensidad de en torno al 2% en tricapas Au/Co/Au sin optimizar, en interferómetros del orden de decenas de micras. Además, podríamos obtener modulaciones de intensidad del 12% cambiando Fe por Co, trabajando a unos 950 nm y cubriendo el interferómetro con un dieléctrico con un índice de refracción n=1.49.Además, el interferómetro plasmónico es muy interesante también como biosensor, y puede ser más sensible que los tradicionales sensores de SPR. El interferómetro magnetoplasmónico, además, presenta la oportunidad de utilizar la modulación magnética del plasmón como nuevo parámetro sensor, siendo esta más sensible a cambios en el índice de refracción.Finalmente, del análisis en el campo cercano hemos visto que eligiendo diferentes configuraciones, podríamos tener acceso no solo a la modulación del vector de onda del plasmón, sino también a la componente vertical del mismo y a su correspondiente modulación magnética.