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10/7/2007

Descubren un nuevo fenómeno físico en la iluminación de superficies metálicas

Un trabajo científico dirigido desde el Centro de Física de Materiales, unidad mixta del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad del País Vasco-Euskal Herriko Unibertsitatea (UPV/EHU), en Donostia-San Sebastián, ha permitido descubrir un nuevo fenómeno físico que afecta a las superficies metálicas iluminadas. Las conclusiones del trabajo se han publicado en la revista Nature.

El hallazgo, denominado plasmón acústico, podría tener aplicaciones en el diseño de dispositivos electrónicos de ultra-alta velocidad, para el almacenamiento de datos, con utilidad en nanoóptica o biomateriales, así como en la creación de nuevos materiales con aplicaciones médicas.

Un plasmón es una onda de carga que se crea por la excitación colectiva de los electrones. El plasmón acústico es un tipo de plasmón de superficie que se produce por la interacción entre la luz y las superficies metálicas.

La principal diferencia entre los plasmones de superficie habituales, conocidos desde hace 50 años, y el nuevo plasmón acústico es que cada uno se crea a partir de una cantidad de energía diferente. El plasmón acústico multiplica sus posibles aplicaciones al emplear menos energía.

En concreto, mientras los plasmones de superficie comunes necesitan 10 electrón-voltios de energía para excitarse, un valor relativamente alto para muchas aplicaciones tecnológicas, el plasmón acústico puede excitarse con energías muy bajas, de menos de 1 electrón-voltio.

Uno de los autores del estudio, Eugene Chulkov, que trabaja en el Centro de Física de Materiales, explica el descubrimiento: "Cuando la luz incide sobre una superficie metálica, los electrones del metal interactúan con el campo electromagnético de la luz y se crean unas ondas, llamadas plasmones".

Chulkov aporta un ejemplo para entender el fenómeno de forma gráfica: "Las ondas de carga que crea la luz se propagan sobre la superficie metálica de la misma manera en que lo hacen las ondas que se crean en un estanque de agua al arrojar una piedra".

Admite Chulkov que puede resultar extraño el empleo de estructuras metálicas para transmitir luz, ya que es sabido que la luz se atenúa rápidamente al atravesar un metal. "Sin embargo", aclara, "la situación es diferente si se piensa en plasmones superficiales, ya que las ondas pueden viajar por una superficie varios centímetros antes de extinguirse, una característica que podría ser útil en biomedicina y nanotecnología".

Aplicaciones nanométricas

El estudio de este fenómeno podría servir para diseñar, a escala nanométrica, superficies metálicas con estructuras en las que se pudieran manipular las propiedades de los plasmones que se propagan por las mismas. Esto facilitaría a su vez el control de la luz remitida por la superficie.

Este trabajo de investigación ha sido dirigido por el físico Pedro Miguel Etxenike, presidente del Donostia Internacional Physics Center, en colaboración con científicos del CSIC, la UPV/EHU, el CIC Nanogune y la Universidad Autónoma de Madrid.

El equipo investigador ha propuesto bautizar a este nuevo fenómeno como Plasmón de Silkin, en reconocimiento al exhaustivo trabajo previo realizado por el científico Slava Silkin, que trabaja en el Donostia International Physics Center.

Bogdan Diaconescu, Karsten Pohl, Luca Vattuone, Letizia Savio, Philip Hofmann, Vyacheslav M. Silkin, Jose M. Pitarke, Eugene V. Chulkov, Pedro M. Echenique, Daniel Farías y Mario Rocca. Low-energy acoustic plasmons at metal surfaces. Nature, doi:10.1038/nature05975.