Recientemente
se ha demostrado una forma novedosa de optimizar el acoplamiento de luz y
“sonido” en microcavidades que confinan a la vez fotones y vibraciones acústicas
[1,2,3]. Se espera que este desarrollo de lugar a nuevas posibilidades para la
generación de fonones coherentes, la implementación de “láseres de fonones”,
e incluso el aumento de la coherencia de dispositivos electrónico-cuánticos
mediante el control de la interacción electrón-fonón. [2] En las
microcavidades ópticas una modulación dieléctrica con dimensiones del orden
de la longitud de onda de la luz genera un fuerte confinamiento óptico, modificándose
así fundamentalmente los procesos de interacción de la luz con la materia [4].
Esto se consigue gracias a la técnica de crecimiento epitaxial de
semiconductores, que permite un control de los espesores a la escala de una
monocapa [5]. Las cavidades de fonones son conceptualmente similares, donde la
modulación ocurre no en la función dieléctrica sino en las constantes elásticas
de los materiales [1,2]. Así mismo, este paralelo entre luz y sonido puede
extenderse a otros fenómenos y dispositivos, previéndose por lo tanto la
posibilidad de diseñar y crecer múltiples dispositivos de fonones (sonido)
basados en otros existentes de fotones (luz).
Estos
trabajos involucran experimentos de luminiscencia y espectroscopía Raman, y cálculos
del comportamiento óptico, elástico y de eficiencia Raman en estructuras con
confinamiento de fotones y fonones acústicos [1,3].
Para
éstos procesos son necesarias diversas técnicas ópticas, incluyendo
reflectividad, luminiscencia (emisión de luz), y dispersión Raman, con
facilidades criogénicas en el rango 2-300K, la concepción de nuevas
estructuras semiconductoras con confinamiento de fonones acústicos. Para esto y
para la descripción de los experimentos también se debe uno familiarizar con cálculos
de reflectividad, distribución de campo eléctrico y emisión de dipolos en
estructuras de multicapas, de vibraciones acústicas en estructuras
semiconductoras laminares, y de eficiencia Raman mediante modelos fotoelásticos.
En particular, trabajar en el diseño de dispositivos (espejos, cavidades,
filtros de “color”, filtros “notch”, etc.) utilizando diferentes
materiales semiconductores y óxidos, en algunos casos incluyendo materiales
piezoeléctricos para los cuales la interacción luz-sonido se espera se vea
amplificada.
Además de los filtros descriptos más arriba, buscar evidenciar la existencia
de “oscilaciones de Bloch” de ultrasonido, demostradas recientemente para
fotones [6].
Se
podrían estudiar mediante espectroscopía Raman los dispositivos fonónicos
diseñados.
En
los casos en que se crea conveniente, se podría utilizar la dispersión inelástica
de luz (Raman) en microcavidades planas (confinamiento óptico en una dimensión)
[7,8]. La amplificación de la eficiencia Raman por confinamiento óptico
presenta gran interés para la espectroscopía fina de excitaciones
vibracionales o electrónicas dentro de las cavidades, ya que la gran
amplificación y selectividad en energía posibilitan el estudio de objetos de
muy débil sección eficaz intrínseca de dispersión.
Al diseñar muestras , crecerían en el marco de colaboraciones internacionales
por diferentes laboratorios extranjeros: el Laboratoire de Photonique te des
Nanostructures, Marcoussis, Francia, el Instituto de Ciencia de Materiales de
Barcelona, y otros de Japón y Estados Unidos
[1]
M. Trigo, A. Bruchhausen, A. Fainstein, B. Jusserand, y V. Thierry-Mieg, Phys. Rev.
Lett. 89, 227402 (20020
[2]
Ver también el comentario por J. M. Worlock and M. L. Roukes, en Nature 421,
802 (2003).
[3]
P. Lacharmoise, A. Fainstein, B. Jusserand, V. Thierry-Mieg, Appl. Phys.
Lett., a publicarse el 26 de abril.
[4]
Ver, por ejemplo, los artículos de review Y. Yamamoto y R. E. Slusher, Phys.
Today 46, 66 (1993); y R. E. Slusher
y C. Weisbuch, Solid State Commun. 92,
149 (1994).
[5]
Para una introducción sobre técnicas ópticas en el estudio de semicondutores,
y en particular sobre la espectroscopía Raman, ver P. Y. Yu y M. Cardona,
“Fundamentals of semiconductors, Physics and Material Properties” (Springer,
Berlin, 1995), capítulos 6 y 7.
[6]
V. Agarwal et al., Phys. Rev. Lett. 92, 097401 (2004).
[7]
A. Fainstein, B. Jusserand, and V. Thierry Mieg, Phys. Rev. Lett. 75,
3764 (1995).
[8]
A. Fainstein, M. Trigo, D. Oliva, B.
Jusserand, T. Freixanet, and V. Thierry-Mieg, Phys. Rev.
Lett. 86, 3411 (2001).
[8]
M. Trigo, Trabajo Especial, Instituto Balseiro 2001.