La mecánica cuántica logra explicar propiedades de las nanoantenas ópticas

Una investigación del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha desarrollado un marco teórico que describe las propiedades subnanométricas de las nanoantenas ópticas. El nuevo modelo resuelve las características de este régimen especial de distancias gracias a la mecánica cuántica, que completa las explicaciones basadas en ecuaciones de física clásica. El trabajo ha sido publicado hoy en la revista Nature Communitacions.

Las nanopartículas metálicas actúan como antenas ópticas, ya que aumentan la recepción, el control y la emisión de radiación óptica. Este efecto se consigue a través de la excitación colectiva de los electrones del metal y, hasta ahora, sólo había sido descrito por las ecuaciones establecidas por James Clerck Maxwell (ecuaciones de Maxwell) hace más de un siglo.

El avance de la tecnología ha ido reduciendo los tamaños y las distancias de separación entre las nanoantenas metálicas. Este proceso ha dado lugar a nuevas propiedades que la física clásica es incapaz de describir, tales como el transporte de electrones por efecto túnel, basado en la probabilidad de dichos electrones de desaparecer de un electrodo y reaparecer en el otro.

El investigador del Centro de Física de Materiales del CSIC Javier Aizpurua, que ha dirigido el trabajo, cuenta que “hasta ahora estas propiedades sólo podían describirse de forma aproximada cuando las distancias de interacción alcanzan valores por debajo del nanómetro”. El modelo propuesto por el equipo de Aizpurua permite abordar de forma compacta la “enorme cantidad de electrones involucrada en la respuesta óptica de una nanoestructura y los efectos cuánticos que aparecen a distancias subnanométricas”, añade.

Según el investigador del CSIC, “el hallazgo abre un nuevo camino para calcular y diseñar los efectos cuánticos en antenas ópticas clásicas y en dispositivos optoelectrónicos”. De la misma forma, todos estos efectos cuánticos tienen “una gran importancia en diversas disciplinas como la bioquímica, la electrónica molecular y las comunicaciones ópticas”, concluye Aizpurua.

El trabajo ha contado con la colaboración de investigadores del Instituto de Colisiones Atómicas y Moleculares de Orsay (Francia) y del Laboratorio de Nanofotónica de Houston (EEUU).

http://www.csic.es

Rubén Esteban, Andrei G. Borison, Peter Nordlander y Javier Aizpurua. Bridging quantum and classical plasmonics with quantum-corrected model. Nature Communications. DOI: 10.1038/ncomms1806

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