Ondas superficiales de Dyakonov

Las ondas de superficie de Dyakonov ( DSW - Dyakonov surface wave) son ondas electromagnéticas de superficie que se propagan a lo largo de la interfaz entre un medio birrefringente isotrópico y uniaxial . Teóricamente, fueron predichas en 1988 por el físico ruso Mikhail Dyakonov [1] . A diferencia de otros tipos de ondas superficiales acústicas y electromagnéticas , la existencia de DSW está asociada a una diferencia en la simetría de los materiales que forman la interfaz. Consideró la interfaz entre un medio de transmisión isotrópico y un cristal uniaxial anisotrópico y demostró que, bajo ciertas condiciones, debe haber ondas localizadas en la interfaz. Más tarde se predijo que existen ondas similares en el límite de dos cristales uniaxiales idénticos con diferentes orientaciones. [2] Las ondas electromagnéticas de superficie, los plasmones de superficie y los polaritones de plasmones de superficie conocidos anteriormente existen bajo la condición de que la permitividad de uno de los materiales que forman la interfaz sea negativa y la del otro sea positiva (por ejemplo, este es el caso de un aire/metal). interfaz por debajo de las frecuencias de plasma ). Por el contrario, DSW puede propagarse cuando ambos materiales son transparentes; por lo tanto, son prácticamente sin pérdidas, que es su propiedad más destacable.

En los últimos años, la importancia y el potencial de DSW ha atraído la atención de muchos investigadores: un cambio en las propiedades básicas de uno o ambos materiales asociados, por ejemplo, debido a la infiltración de algún agente químico o biológico, puede ser palpable. . cambiar las características de la onda. Por lo tanto, se prevén numerosas aplicaciones potenciales, incluidos dispositivos para óptica integrada, detección de superficies químicas y biológicas, etc. [3] . Sin embargo, no es fácil satisfacer las condiciones necesarias para DSW, y debido a esto, la primera prueba experimental del principio observacional de DSW [4] no se informó hasta 20 años después de la predicción original.

Ha aparecido una gran cantidad de trabajos teóricos sobre diversos aspectos de este fenómeno, ver revisión detallada [5] . En particular, se estudió la propagación de DSW en interfaces magnéticas [6] en materiales zurdos [7] en materiales electro-ópticos [8] [9] y quirales [10] . Se ha predicho la transmisión resonante debida a DSW en estructuras que utilizan prismas [11] , y se ha estudiado y observado la combinación e interacción entre DSW y plasmones de superficie (plasmones de Dyakonov) [12] [13] [14] [15] [16] .

Propiedades físicas

La configuración más simple considerada en [5]. 1 consiste en una interfaz entre un material isotrópico con permitividad ε y un cristal uniaxial con permitividad ε 0 y ε e para ondas ordinarias y extraordinarias, respectivamente. El eje del cristal C es paralelo a la interfaz. Para esta configuración, DSW puede propagarse a lo largo de la interfaz en ciertos intervalos angulares relativos al eje C , siempre que se cumpla la condición ε e > ε > ε 0 . Por lo tanto, los DSW solo son compatibles con interfaces con cristales con birrefringencia positiva ( ε e > ε 0 ). El espaciado angular está definido por el parámetro

.

Los intervalos angulares para la fase DSW y la velocidad de grupo ( Δθ ph y Δθ gr ) son diferentes. El intervalo de velocidades de fase es proporcional a η 2 e incluso para los cristales naturales más fuertemente birrefringentes es muy estrecho Δθ ph ≈ 1° ( rutilo ) y Δθ ph ≈ 4° ( calomelanos ) [17] ..Sin embargo, el factor físicamente más importante el intervalo de velocidad de grupo es mucho mayor (proporcional a η ). Los cálculos dan Δθ gr ≈ 7° para el rutilo y Δθ gr ≈ 20° para el calomelano.

Perspectivas

El estudio experimental generalizado de los sistemas de materiales de DSW y el desarrollo de dispositivos prácticos relacionados está limitado en gran medida por las estrictas condiciones de anisotropía requeridas para la propagación exitosa de DSW, especialmente la alta birrefringencia de al menos uno de los materiales constituyentes, y el número limitado de disponibles de forma natural. materiales que cumplan con este requisito. Sin embargo, esto pronto cambiará a la luz de los nuevos metamateriales creados artificialmente [18] y los métodos revolucionarios para sintetizar materiales.

La extrema sensibilidad de los DSW a la anisotropía y, por lo tanto, al estrés, junto con sus características de baja pérdida (rango), los hacen particularmente atractivos para proporcionar detección ultrasónica y táctil de alta sensibilidad para las tecnologías de conversión y lectura de alta velocidad de próxima generación. . Además, la directividad única de DSW se puede utilizar para controlar señales ópticas [19] .

Véase también

Notas

  1. ↑ Dyakonov, MI (abril de 1988). “Nuevo tipo de onda electromagnética que se propaga en una interfaz” (Descarga gratuita en PDF) . JETP de física soviética . 67 (4): 714. Archivado (PDF) desde el original el 13 de julio de 2018 . Consultado el 04-10-2021 . Parámetro obsoleto utilizado |deadlink=( ayuda )
  2. ↑ Averkiev, NS y Dyakonov, MI (1990). “Ondas electromagnéticas localizadas en la interfaz de medios anisotrópicos transparentes”. Óptica y Espectroscopia (URSS) . 68 (5) : 653. Bibcode : 1990OptSp..68..653A .
  3. ↑ Torner, L., Artigas, D. y Takayama, O. (2009). Ondas superficiales de Dyakonov. Noticias de Óptica y Fotónica . 20 (12). Código Bib : 2009OptPN..20...25T . DOI : 10.1364/OPN.20.12.000025 .
  4. ↑ Takayama, O., Crassovan, L., Artigas D. y Torner, L. (2009). “Observación de las ondas superficiales de Dyakonov” (descarga gratuita en PDF) . física Rvdo. Lett . 102 (4). Código Bib : 2009PhRvL.102d3903T . DOI : 10.1103/PhysRevLett.102.043903 . PMID  19257419 . Archivado desde el original el 04/10/2021 . Consultado el 04-10-2021 . Parámetro obsoleto utilizado |deadlink=( ayuda )
  5. ↑ Takayama, O., Crassovan, LC, Mihalache, D. y Torner, L. (2008). "Ondas superficiales de Dyakonov: una revisión" . Electromagnetismo . 28 (3): 126-145. DOI : 10.1080/02726340801921403 .
  6. ↑ Crassovan, LC, Artigas, D., Mihalache, D. y Torner, L. (2005). "Ondas superficiales ópticas de Dyakonov en interfaces magnéticas". Optar. Lett . 30 (22): 3075-7. Código Bib : 2005OptL...30.3075C . DOI : 10.1364/OL.30.003075 . PMID  16315726 .
  7. ↑ Crassovan, LC, Takayama, D., Artigas, D., Johansen, SK, Mihalache, D. y Torner, L. (2006). "Localización mejorada de ondas superficiales tipo Dyakonov en materiales zurdos". física Rvdo. segundo _ 74 (15): 155120. arXiv : física/0603181 . Bibcode : 2006PhRvB..74o5120C . DOI : 10.1103/PhysRevB.74.155120 .
  8. ↑ Nelatury, S.R., Polo jr., JA y Lakhtakia, A. (2008). “Control eléctrico de la propagación de ondas superficiales en la interfaz plana de un material electroóptico lineal y un material dieléctrico isotrópico” . Electromagnetismo . 28 (3): 162-174. arXiv : 0711.1663 . DOI : 10.1080/02726340801921486 .
  9. ↑ Nelatury, S.R., Polo jr., JA y Lakhtakia, A. (2008). "Sobre la ampliación del dominio de existencia angular para las ondas superficiales de Dyakonov utilizando el efecto Pockels". Letras de Tecnología de Microondas y Óptica . 50 (9): 2360-2362. arXiv : 0804.4879 . Código Bib : 2008arXiv0804.4879N . DOI : 10.1002/mop.23698 .
  10. ↑ Gao, junio (2009). “Sobre ondas Dyakonov-Tamm localizadas en un defecto de giro central en un material estructuralmente quiral”. Revista de la Sociedad Óptica de América B . 26 (12): B74-B82. Código Bib : 2009JOSAB..26B..74G . DOI : 10.1364/JOSAB.26.000B74 .
  11. ↑ Takayama, O., Nikitin, A. Yu., Martin-Moreno, L., Mihalache, D., Torner, L. y Artigas, A. (2011). “Transmisión resonante de ondas superficiales de Dyakonov” (PDF) . Óptica Express . 19 (7): 6339-47. Código Bib : 2011OExpr..19.6339T . DOI : 10.1364/OE.19.006339 . PMID21451661  . _ Archivado (PDF) desde el original el 2021-10-04 . Consultado el 04-10-2021 . Parámetro obsoleto utilizado |deadlink=( ayuda )
  12. ↑ Guo, Yu.. Newman, W., Cortés, CL y Jacob, Z. (2012). " Artículo de revisión: Aplicaciones de sustratos de metamateriales hiperbólicos". Avances en Optoelectrónica . 2012 : 1-9. arXiv : 1211.0980 . DOI : 10.1155/2012/452502 .
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  15. ↑ Takayama, O., Shkondin, E., Bogdanov A., Panah, ME, Golenitskii, K., Dmitriev, P., Repän, ​​​​T., Malureanu, R., Belov, P., Jensen, F. y Lavrinenko, A. (2017). "Ondas superficiales del infrarrojo medio en una plataforma de nanozanjas de alta relación de aspecto" (PDF) . Fotónica ACS . 4 (11): 2899-2907. DOI : 10.1021/acsphotonics.7b00924 . Archivado (PDF) desde el original el 2021-10-04 . Consultado el 04-10-2021 . Parámetro obsoleto utilizado |deadlink=( ayuda )
  16. ↑ Takayama, O., Dmitriev, P., Shkondin, E., Yermakov, O., Panah, M., Golenitskii, K., Jensen, F., Bogdanov A. y Lavrinenko, A. (2018). “Observación experimental de plasmones de Dyakonov en el infrarrojo medio”. semiconductores _ 52 (4): 442-6. Bibcode : 2018Semic..52..442T . DOI : 10.1134/S1063782618040279 .
  17. ↑ Takayama, O. (2008). "Ondas superficiales de Dyakonov: una revisión" . Electromagnetismo . 28 (3): 126-145. DOI : 10.1080/02726340801921403 .
  18. ↑ Takayama, O. (2017). “Ondas superficiales fotónicas en interfaces de metamateriales”. Revista de Física: Materia Condensada . 29 (46): 463001. Bibcode : 2017JPCM...29T3001T . DOI : 10.1088/1361-648X/aa8bdd . IDPM  29053474 .
  19. ↑ Takayama, O. (2014). “Guiado direccional sin pérdidas de la luz en nanoláminas dieléctricas utilizando ondas superficiales de Dyakonov”. Naturaleza Nanotecnología . 9 (6): 419-424. Código Bib : 2014NatNa...9..419T . DOI : 10.1038/nnano.2014.90 . PMID24859812  . _
  20. ↑ Liu, Hsuan-Hao (2013). "Modos de polaritón de plasmón de superficie con fugas en una interfaz entre el metal y los materiales uniaxialmente anisotrópicos". Revista de fotónica del IEEE . 5 (6): 4800806. Código Bib : 2013IPhoJ...500806L . DOI : 10.1109/JPHOT.2013.2288298 .