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Proyecto: Resonancias en películas nanoestructuradas y nanopartículas de alto índice de refracción 
Responsable: Eugenio Rafael  Méndez  Méndez
Tipo de proyecto: Proyecto Conacyt
Resumen: Los avances recientes en técnicas de fabricación y caracterización de estructuras a escalas
nanométricas han permitido el desarrollo de la nano-óptica [1,2]. En términos básicos y
generales, podemos decir que la nano-óptica involucra la interacción de luz con partículas y
estructuras más pequeñas que la longitud de onda. Un caso muy estudiado es el de partículas
metálicas de unos cuantos nanómetros que presentan resonancias plasmónicas [2]. Estas
estructuras resonantes pueden ser consideradas como nanoantenas ópticas [3-5], pues
permiten concentrar energía electromagnética propagante en regiones muy pequeñas. Las
partículas o estructuras resonantes, constituyen también la base sobre la que se diseñan la
mayoría de los metamateriales ópticos [6,7]. Éstos, son materiales artificiales cuyas
propiedades ópticas pueden ser muy distintas a las de los materiales encontrados en la
naturaleza.
Una propiedad óptica fundamental de un material homogéneo es el índice de refracción. Desde
tiempos de Maxwell, se sabe que éste depende de las respuestas eléctricas y magnéticas del
material (permitividad eléctrica y permeabilidad magnética). Sin embargo, dado que a
frecuencias ópticas los materiales transparentes no tienen respuesta magnética, el índice de
refracción solamente depende de la permitividad eléctrica. Es decir que, a lo largo de la historia,
la óptica solamente ha explotado la respuesta eléctrica de los materiales. Ahora, con la
posibilidad de diseñar materiales con respuesta magnética, se abre un mundo nuevo de
posibilidades. De ellas, las que probablemente han atraído más atención son los dispositivos de
invisibilidad y los materiales con índice de refracción negativo pero, aunque estas aplicaciones
son tal vez las más espectaculares, no son las únicas [6,7].
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Descripción de la propuesta
En los primeros intentos por crear materiales artificiales con respuesta magnética en la región
de microondas, se utilizaron anillos metálicos cortados que soportaban resonancias de tipo
dipolar magnético. Actualmente, se sabe que es posible excitar resonancias de tipo dipolar
magnético, tanto en partículas esféricas, como en cilindros finitos de alto índice de refracción [8-
10]. Sin embargo, no se ha estudiado el tipo de excitación multipolar que soportan las partículas
con formas más variadas. Estudios como el que se propone aquí, que permitirían optimizar y
sintonizar las resonancias, son de gran relevancia para avanzar en el diseño de nuevos
metamateriales.
Con los métodos de fabricación actuales, es todavía difícil abordar el problema de la fabricación
de metamateriales en volumen, tanto para la región visible del espectro como para la del
infrarrojo cercano. Debido a esto, recientemente se han propuesto dispositivos basados en
efectos de superficie; las llamadas metasuperficies [11,12]. A diferencia de los metamateriales,
las metasuperficies están al alcance de las técnicas de fabricación actuales y están más cerca
de llegar a las aplicaciones. Es por eso que, más que sobre metamateriales de bulto, el
proyecto trata sobre el diseño de metasuperficies y películas estructuradas con propiedades
novedosas [13-15].
En estos estudios se han utilizado principalmente metales, para generar elementos que
permiten controlar la fase de la onda esparcida. Los diseños reportados con dieléctricos son
escasos y no se discuten los mecanismos físicos que dan origen a los efectos observados que,
como anomalías y detalles asociados a ondas superficiales o guiadas [16]. Utilizando
estructuras dieléctricas resonantes es posible diseñar, entre otras cosas, filtros espectrales,
polarizadores y espejos magnéticos [17,18], que son especialmente interesantes como
sustratos para estudios no lineales, de espectroscopía Raman o de fluorescencia pues, al
contrario de lo que ocurre con los espejos convencionales, el campo eléctrico total se maximiza
sobre la superficie.
Vigencia: (2018-11-14 - 2020-10-13)

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