Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30....
Transcript of Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30....
![Page 1: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/1.jpg)
Nano-antenas Opticas
Jorge R. Zurita Sanchez
Instituto Nacional de Astrofısica, Optica y Electronica
XII Escuela de Optica de Moderna, Tonantzintla, 2012
(INAOE) XII EOM, 2012 1 / 30
![Page 2: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/2.jpg)
Temario
Nano-antenas
Fundamentos teoricos (tensor de Green)
Dos casos:
I. Aumento de la fluorescenciaII. Transferencia de energıa Forster
Resumen y anotaciones finales
(INAOE) XII EOM, 2012 2 / 30
![Page 3: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/3.jpg)
Nano-antenas
(INAOE) XII EOM, 2012 3 / 30
![Page 4: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/4.jpg)
Nano-antenas
Dispositivos convencionales para controlar la luz:
espejos
lentes
elementos difractivos
(INAOE) XII EOM, 2012 4 / 30
![Page 5: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/5.jpg)
Nano-antenas
Dispositivos convencionales para controlar la luz:
espejoslenteselementos difractivos
Confinamiento
(INAOE) XII EOM, 2012 4 / 30
![Page 6: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/6.jpg)
Nano-antenas
Dispositivos convencionales para controlar la luz:
espejoslenteselementos difractivos
Resolucion microscopio convencional
(INAOE) XII EOM, 2012 4 / 30
![Page 7: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/7.jpg)
Nano-antenas
¿Como romper la barrera optica λ [< 500 nm]?
Nano-antenas
(INAOE) XII EOM, 2012 5 / 30
![Page 8: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/8.jpg)
Nano-antenas
¿Como romper la barrera optica λ [< 500 nm]?
Nano-antenas
(INAOE) XII EOM, 2012 5 / 30
![Page 9: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/9.jpg)
Nano-antenas
(INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30
![Page 10: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/10.jpg)
Nano-antenas
Nano-antena.- Objeto metalico 1− 100 nm (excitacion de resonanciasplasmonicas)
(INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30
![Page 11: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/11.jpg)
Nano-antenas
Receptor/emisor.- Atomo, molecula, pozo cuantico
(INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30
![Page 12: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/12.jpg)
Nano-antenas
Plasmones de superficie en nano-partıculas
Oscilaciones colectivas de carga.
Pueden ser excitadas con luz.
Campos fuertes en la superficie de la partıcula (confinamiento de laenergıa electromagnetica en una region nanometrica).
Los campos de esparcimiento son fuertes.
Las frecuencias de resonancias dependen de: εpartıcula, εmedio,geometrıa de la partıcula.
(INAOE) XII EOM, 2012 7 / 30
![Page 13: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/13.jpg)
Nano-antenas
Adelantos tecnologicos:
crecer y manipular nano-estructuras,instrumentos para observar nano-estructuras.
(INAOE) XII EOM, 2012 8 / 30
![Page 14: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/14.jpg)
Fundamentos teoricos (tensor de Green)
(INAOE) XII EOM, 2012 9 / 30
![Page 15: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/15.jpg)
Fundamentos teoricos (tensor de Green)
¿Cual es el campo electrico E(r) exp(−iωt) generado por unacorriente j(r) exp(−iωt) localizada en un entorno?
(INAOE) XII EOM, 2012 10 / 30
![Page 16: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/16.jpg)
Fundamentos teoricos (tensor de Green)
¿Cual es el campo electrico E(r) exp(−iωt) generado por unacorriente j(r) exp(−iωt) localizada en un entorno?
(INAOE) XII EOM, 2012 10 / 30
![Page 17: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/17.jpg)
Fundamentos teoricos (tensor de Green)
Ecuaciones de Maxwell (dominio de la frecuencia)
∇× E(r) = iωB(r)
∇ ·D(r) = ρ(r)
∇ · B(r) = 0
∇×H(r) = −iωD(r) + j(r)
Relaciones constitutivas
D(r) = εoε(r, ω)E(r)
B(r) = µoH(r)
(INAOE) XII EOM, 2012 11 / 30
![Page 18: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/18.jpg)
Fundamentos teoricos (tensor de Green)
Manipulando las ecuaciones de Maxwell:
∇×∇× E(r)− ω2
c2ε(r, ω)E(r) = iµoωj(r)
¿Cual es la solucion?
(INAOE) XII EOM, 2012 12 / 30
![Page 19: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/19.jpg)
Fundamentos teoricos (tensor de Green)
Manipulando las ecuaciones de Maxwell:
∇×∇× E(r)− ω2
c2ε(r, ω)E(r) = iµoωj(r)
¿Cual es la solucion?
(INAOE) XII EOM, 2012 12 / 30
![Page 20: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/20.jpg)
Fundamentos teoricos (tensor de Green)
Si se encuentra un tensor tal que:
∇×∇×↔G (r, r′, ω)− ω2
c2ε(r, ω)
↔G (r, r′, ω) =
↔I δ(r − r′)
Entonces la solucion es:
E(r) = iµoω
∫↔G (r, r′, ω)j(r′)d3r′
(INAOE) XII EOM, 2012 13 / 30
![Page 21: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/21.jpg)
Fundamentos teoricos (tensor de Green)
Si se encuentra un tensor tal que:
∇×∇×↔G (r, r′, ω)− ω2
c2ε(r, ω)
↔G (r, r′, ω) =
↔I δ(r − r′)
Entonces la solucion es:
E(r) = iµoω
∫↔G (r, r′, ω)j(r′)d3r′
(INAOE) XII EOM, 2012 13 / 30
![Page 22: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/22.jpg)
Fundamentos teoricos (tensor de Green)
¿Cual es el significado fısico del tensor de Green↔G?
¿Por que es necesario un tensor?
(INAOE) XII EOM, 2012 14 / 30
![Page 23: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/23.jpg)
Fundamentos teoricos (tensor de Green)
¿Cual es el significado fısico del tensor de Green↔G?
¿Por que es necesario un tensor?
(INAOE) XII EOM, 2012 14 / 30
![Page 24: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/24.jpg)
Fundamentos teoricos (tensor de Green)
(INAOE) XII EOM, 2012 15 / 30
![Page 25: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/25.jpg)
Fundamentos teoricos (tensor de Green)
(INAOE) XII EOM, 2012 15 / 30
![Page 26: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/26.jpg)
Fundamentos teoricos (tensor de Green)
Densidad de corriente del dipolo puntual
−iω∇ · P(r)e−iωt = ∇ · j(r)e−iωt → j(r) = −iωpoδ(r − ro)
(INAOE) XII EOM, 2012 15 / 30
![Page 27: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/27.jpg)
Fundamentos teoricos (tensor de Green)
¿Cual es el campo electrico E que produce un dipolo?
E(r) = iµoω
∫↔G (r, r′, ω)j(r′)d3r′
= µoω2
∫↔G (r, r′, ω)poδ(r′ − ro)d3r′
=ω2
c2εo
↔G (r, ro , ω)po
En forma matricial Ex(r)Ey (r)Ez(r)
=ω2
c2εo
Gxx(r, ro , ω) Gxy (r, ro , ω) Gxz(r, ro , ω)Gyx(r, ro , ω) Gyy (r, ro , ω) Gyz(r, ro , ω)Gzx(r, ro , ω) Gzy (r, ro , ω) Gzz(r, ro , ω)
poxpoypoz
(INAOE) XII EOM, 2012 16 / 30
![Page 28: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/28.jpg)
Fundamentos teoricos (tensor de Green)
¿Cual es el campo electrico E que produce un dipolo?
E(r) = iµoω
∫↔G (r, r′, ω)j(r′)d3r′
= µoω2
∫↔G (r, r′, ω)poδ(r′ − ro)d3r′
=ω2
c2εo
↔G (r, ro , ω)po
En forma matricial Ex(r)Ey (r)Ez(r)
=ω2
c2εo
Gxx(r, ro , ω) Gxy (r, ro , ω) Gxz(r, ro , ω)Gyx(r, ro , ω) Gyy (r, ro , ω) Gyz(r, ro , ω)Gzx(r, ro , ω) Gzy (r, ro , ω) Gzz(r, ro , ω)
poxpoypoz
(INAOE) XII EOM, 2012 16 / 30
![Page 29: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/29.jpg)
Fundamentos teoricos (tensor de Green)
¿Cual es el campo electrico E que produce un dipolo?
E(r) = iµoω
∫↔G (r, r′, ω)j(r′)d3r′
= µoω2
∫↔G (r, r′, ω)poδ(r′ − ro)d3r′
=ω2
c2εo
↔G (r, ro , ω)po
En forma matricial Ex(r)Ey (r)Ez(r)
=ω2
c2εo
Gxx(r, ro , ω) Gxy (r, ro , ω) Gxz(r, ro , ω)Gyx(r, ro , ω) Gyy (r, ro , ω) Gyz(r, ro , ω)Gzx(r, ro , ω) Gzy (r, ro , ω) Gzz(r, ro , ω)
poxpoypoz
(INAOE) XII EOM, 2012 16 / 30
![Page 30: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/30.jpg)
Fundamentos teoricos (tensor de Green)
¿Cual es el campo electrico E que produce un dipolo?
E(r) = iµoω
∫↔G (r, r′, ω)j(r′)d3r′
= µoω2
∫↔G (r, r′, ω)poδ(r′ − ro)d3r′
=ω2
c2εo
↔G (r, ro , ω)po
En forma matricial Ex(r)Ey (r)Ez(r)
=ω2
c2εo
Gxx(r, ro , ω) Gxy (r, ro , ω) Gxz(r, ro , ω)Gyx(r, ro , ω) Gyy (r, ro , ω) Gyz(r, ro , ω)Gzx(r, ro , ω) Gzy (r, ro , ω) Gzz(r, ro , ω)
poxpoypoz
(INAOE) XII EOM, 2012 16 / 30
![Page 31: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/31.jpg)
Fundamentos teoricos (tensor de Green)
¿Cual es el campo electrico E que produce un dipolo?
E(r) = iµoω
∫↔G (r, r′, ω)j(r′)d3r′
= µoω2
∫↔G (r, r′, ω)poδ(r′ − ro)d3r′
=ω2
c2εo
↔G (r, ro , ω)po
En forma matricial Ex(r)Ey (r)Ez(r)
=ω2
c2εo
Gxx(r, ro , ω) Gxy (r, ro , ω) Gxz(r, ro , ω)Gyx(r, ro , ω) Gyy (r, ro , ω) Gyz(r, ro , ω)Gzx(r, ro , ω) Gzy (r, ro , ω) Gzz(r, ro , ω)
poxpoypoz
(INAOE) XII EOM, 2012 16 / 30
![Page 32: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/32.jpg)
Fundamentos teoricos (tensor de Green)
¿Cual es el significado fısico del tensor de Green↔G?
El campo electrico que genera un dipolo
Densidad de corriente j(r) −→ superposicion de dipolos
El dipolo es el elemento fundamental de radiacion
¿Por que es necesario un tensor?
El campo electrico E generado por el dipolo depende de su orientacion
(INAOE) XII EOM, 2012 17 / 30
![Page 33: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/33.jpg)
Fundamentos teoricos (tensor de Green)
¿Cual es el significado fısico del tensor de Green↔G?
El campo electrico que genera un dipolo
Densidad de corriente j(r) −→ superposicion de dipolos
El dipolo es el elemento fundamental de radiacion
¿Por que es necesario un tensor?
El campo electrico E generado por el dipolo depende de su orientacion
(INAOE) XII EOM, 2012 17 / 30
![Page 34: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/34.jpg)
Fundamentos teoricos (tensor de Green)
¿Cual es el significado fısico del tensor de Green↔G?
El campo electrico que genera un dipolo
Densidad de corriente j(r) −→ superposicion de dipolos
El dipolo es el elemento fundamental de radiacion
¿Por que es necesario un tensor?
El campo electrico E generado por el dipolo depende de su orientacion
(INAOE) XII EOM, 2012 17 / 30
![Page 35: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/35.jpg)
Fundamentos teoricos (tensor de Green)
¿Cual es el significado fısico del tensor de Green↔G?
El campo electrico que genera un dipolo
Densidad de corriente j(r) −→ superposicion de dipolos
El dipolo es el elemento fundamental de radiacion
¿Por que es necesario un tensor?
El campo electrico E generado por el dipolo depende de su orientacion
(INAOE) XII EOM, 2012 17 / 30
![Page 36: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/36.jpg)
Fundamentos teoricos (tensor de Green)
¿Cual es el significado fısico del tensor de Green↔G?
El campo electrico que genera un dipolo
Densidad de corriente j(r) −→ superposicion de dipolos
El dipolo es el elemento fundamental de radiacion
¿Por que es necesario un tensor?
El campo electrico E generado por el dipolo depende de su orientacion
(INAOE) XII EOM, 2012 17 / 30
![Page 37: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/37.jpg)
Fundamentos teoricos (tensor de Green)
¿Cual es el significado fısico del tensor de Green↔G?
El campo electrico que genera un dipolo
Densidad de corriente j(r) −→ superposicion de dipolos
El dipolo es el elemento fundamental de radiacion
¿Por que es necesario un tensor?
El campo electrico E generado por el dipolo depende de su orientacion
(INAOE) XII EOM, 2012 17 / 30
![Page 38: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/38.jpg)
I.- Aumento de la fluorescencia
(INAOE) XII EOM, 2012 18 / 30
![Page 39: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/39.jpg)
Aumento de fluorescencia
γfluor0 = γexc0 η0
(INAOE) XII EOM, 2012 19 / 30
![Page 40: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/40.jpg)
Aumento de fluorescencia
γexc ∝ |Einc(ro)|2
(INAOE) XII EOM, 2012 19 / 30
![Page 41: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/41.jpg)
Aumento de fluorescencia
η0 = 1 (buen emisor)
(INAOE) XII EOM, 2012 19 / 30
![Page 42: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/42.jpg)
Aumento de fluorescencia
γfluor = γexc η
(INAOE) XII EOM, 2012 20 / 30
![Page 43: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/43.jpg)
Aumento de fluorescencia
γexc ∝ |Einc(ro) + Eesp(ro)|2
(INAOE) XII EOM, 2012 20 / 30
![Page 44: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/44.jpg)
Aumento de fluorescencia
η < 1 no toda la energıa liberada se convierte en radiacion
(INAOE) XII EOM, 2012 20 / 30
![Page 45: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/45.jpg)
Aumento de fluorescencia
K = Krad + Knorad
(INAOE) XII EOM, 2012 20 / 30
![Page 46: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/46.jpg)
Aumento de fluorescencia
η =Krad
K=
Prad
P
(INAOE) XII EOM, 2012 20 / 30
![Page 47: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/47.jpg)
Aumento de fluorescencia
P =1
2
∫Re[j∗(r) · E(r)]d3r
(INAOE) XII EOM, 2012 20 / 30
![Page 48: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/48.jpg)
Aumento de fluorescencia
P =1
2
∫Re[−iωp∗δ(r − ro) · E(r)]d3r
(INAOE) XII EOM, 2012 20 / 30
![Page 49: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/49.jpg)
Aumento de fluorescencia
P =1
2Re[−iωp∗ · E(ro)]
(INAOE) XII EOM, 2012 20 / 30
![Page 50: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/50.jpg)
Aumento de fluorescencia
E(ro) =ω2
c2εo
↔G (ro , ro , ω)p
(INAOE) XII EOM, 2012 20 / 30
![Page 51: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/51.jpg)
Aumento de fluorescencia
P =|p|2ω3
2c2εoIm[np·
↔G (ro , ro , ω)np]
(INAOE) XII EOM, 2012 20 / 30
![Page 52: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/52.jpg)
Aumento de fluorescencia
Prad =
∮σ〈S〉 · da =
1
2
∮σ
Re[Elejano(r)×H∗lejano(r)] · da
(INAOE) XII EOM, 2012 20 / 30
![Page 53: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/53.jpg)
Aumento de fluorescencia
Elejano(r) =ω2
c2εo
↔G (r, ro , ω)p iµoωHlejano(r) = ∇× Elejano(r)
(INAOE) XII EOM, 2012 20 / 30
![Page 54: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/54.jpg)
Aumento de fluorescencia
γfluor = γexc η
* P. Anger et al., Phys. Rev. Lett. 96, 113002, (2006)
(INAOE) XII EOM, 2012 21 / 30
![Page 55: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/55.jpg)
Microscopio de campo cercano
(INAOE) XII EOM, 2012 22 / 30
![Page 56: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/56.jpg)
Microscopio de campo cercano
* Grupo de L. Novotny (Universidad de Rochester)
(INAOE) XII EOM, 2012 23 / 30
![Page 57: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/57.jpg)
II.-Transferencia de energıa Forster en la cercanıa de una nano-antena
J. Alejandro Gonzaga Galeana
(INAOE) XII EOM, 2012 24 / 30
![Page 58: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/58.jpg)
Transferencia de energıa Forster
Proceso Forster
(INAOE) XII EOM, 2012 25 / 30
![Page 59: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/59.jpg)
Transferencia de energıa Forster
Proceso Forster
(INAOE) XII EOM, 2012 25 / 30
![Page 60: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/60.jpg)
Transferencia de energıa Forster
Separacion intermolecular R < 10 nm
Fotosıntesis de las plantas
Herramienta para monitorear procesos biologicos (plegamiento deproteınas)
(INAOE) XII EOM, 2012 26 / 30
![Page 61: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/61.jpg)
Transferencia de energıa Forster
Separacion intermolecular R < 10 nm
Fotosıntesis de las plantas
Herramienta para monitorear procesos biologicos (plegamiento deproteınas)
(INAOE) XII EOM, 2012 26 / 30
![Page 62: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/62.jpg)
Transferencia de energıa Forster
Separacion intermolecular R < 10 nm
Fotosıntesis de las plantas
Herramienta para monitorear procesos biologicos (plegamiento deproteınas)
(INAOE) XII EOM, 2012 26 / 30
![Page 63: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/63.jpg)
Transferencia de energıa Forster
(INAOE) XII EOM, 2012 27 / 30
![Page 64: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/64.jpg)
Transferencia de energıa Forster
PA(ω) = −1
2
∫Re[j∗A(r) · E(r)]d3r
(INAOE) XII EOM, 2012 27 / 30
![Page 65: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/65.jpg)
Transferencia de energıa Forster
PA(ω) = −1
2
∫Re[iωp∗Aδ(r − rA) · E(r)]d3r
(INAOE) XII EOM, 2012 27 / 30
![Page 66: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/66.jpg)
Transferencia de energıa Forster
dipolo inducidopA = [αA(ω)nAnA]E(rA)
(INAOE) XII EOM, 2012 27 / 30
![Page 67: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/67.jpg)
Transferencia de energıa Forster
PA(ω) =ω
2Im[αA(ω)]|E(rA) · nA|2
(INAOE) XII EOM, 2012 27 / 30
![Page 68: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/68.jpg)
Transferencia de energıa Forster
E(rA) =ω2
c2εo
√fD(ω)
↔G (rA, rD, ω)pD
(INAOE) XII EOM, 2012 27 / 30
![Page 69: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/69.jpg)
Transferencia de energıa Forster
∫ ∞0
fD(ω)dω = 1
(INAOE) XII EOM, 2012 27 / 30
![Page 70: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/70.jpg)
Transferencia de energıa Forster
PA(ω) =ω5|pD|2
2c4ε2o
fD(ω)Im[αA(ω)]|nA·↔G (rA, rD, ω)nD|2
(INAOE) XII EOM, 2012 27 / 30
![Page 71: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/71.jpg)
Transferencia de energıa Forster
Rapidez de transferencia de energıa Forster (rapidez de excitacion)
KF(ω) =PA(ω)
~ω=ω4|pD|2
2~c4ε2o
fD(ω)Im[αA(ω)]|nA·↔G (rA, rD, ω)nD|2
(INAOE) XII EOM, 2012 27 / 30
![Page 72: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/72.jpg)
Transferencia de energıa Forster
Rapidez de transferencia Forster (rapidez de excitacion)
KF =
∫ ∞0
ω4|pD|2
2~c4ε2o
fD(ω)Im[αA(ω)]|nA·↔G (rA, rD, ω)nD|2dω
(INAOE) XII EOM, 2012 27 / 30
![Page 73: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/73.jpg)
Transferencia de energıa Forster
(INAOE) XII EOM, 2012 28 / 30
![Page 74: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/74.jpg)
Resumen y anotaciones finales
(INAOE) XII EOM, 2012 29 / 30
![Page 75: Nano-antenas Opticas - INAOE · Atomo, mol ecula, pozo cu antico (INAOE) XII EOM, 2012 6 / 30. Nano-antenas Plasmones de super cie en nano-part culas Oscilaciones colectivas de carga.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081323/5f05f4e67e708231d4159208/html5/thumbnails/75.jpg)
Resumen y anotaciones finales
Espectroscopıa y microscopıa
Emisores eficientes
Celdas fotovoltaicas
(INAOE) XII EOM, 2012 30 / 30