Las ondas superficiales de Dyakonov ( DSW ) son ondas electromagnéticas superficiales que viajan a lo largo de la interfaz entre un medio isotrópico y un medio birrefringente uniaxial . Teóricamente fueron predichos en 1988 por el físico ruso soviético Mikhail Dyakonov . [1] A diferencia de otros tipos de ondas superficiales acústicas y electromagnéticas , la existencia de DSW se debe a la diferencia de simetría de los materiales que forman la interfaz. Consideró la interfaz entre un medio de transmisión isotrópico y un cristal uniaxial anisotrópico.y demostró que, en determinadas condiciones, deberían existir ondas localizadas en la interfaz. Más tarde, se predijo que existían ondas similares en la interfaz entre dos cristales uniaxiales idénticos con diferentes orientaciones . [2] Las ondas superficiales electromagnéticas, plasmones superficiales y polaritones plasmones superficiales previamente conocidos , existen bajo la condición de que la permitividad de uno de los materiales que forman la interfaz sea negativa, mientras que el otro sea positivo (por ejemplo, este es el caso de la interfaz aire / metal por debajo de la frecuencia de plasma ). Por el contrario, el DSW puede propagarse cuando ambos materiales son transparentes; por lo tanto, prácticamente no tienen pérdidas, que es su propiedad más fascinante.
En los últimos años, la importancia y el potencial del DSW han atraído la atención de muchos investigadores: un cambio de las propiedades constitutivas de uno o ambos de los dos materiales asociados, debido a, digamos, la infiltración de cualquier agente químico o biológico, podría medirse de manera mensurable. cambiar las características de la ola. En consecuencia, se prevén numerosas aplicaciones potenciales, incluidos dispositivos para óptica integrada, detección química y biológica de superficies, etc. [3] Sin embargo, no es fácil satisfacer las condiciones necesarias para el DSW, y debido a esto la primera prueba de La principal observación experimental de DSW [4] se informó sólo 20 años después de la predicción original.
Apareció una gran cantidad de trabajos teóricos relacionados con diversos aspectos de este fenómeno, ver la revisión detallada. [5] En particular, se estudió la propagación de DSW en interfaces magnéticas, [6] en materiales para zurdos, [7] en materiales electro-ópticos, [8] [9] y quirales [10] . Se predijo la transmisión resonante debida a DSW en estructuras que utilizan prismas, [11] y se estudió y observó la combinación e interacción entre DSW y plasmones de superficie (plasmones de Dyakonov) [12] [13] [14] . [15] [16]
Propiedades físicas
La configuración más simple considerada en la Ref. 1 consiste en una interfaz entre un material isotrópico con permitividad ε y un cristal uniaxial con permitividades ε 0 y ε e para las ondas ordinarias y extraordinarias respectivamente. El eje C del cristal es paralelo a la interfaz. Para esta configuración, la DSW puede propagarse a lo largo de la interfaz dentro de ciertos intervalos angulares con respecto al eje C , siempre que se satisfaga la condición de ε e > ε > ε 0 . Por lo tanto, las DSW están respaldadas por interfaces con cristales birrefringentes positivos únicamente ( ε e > ε 0 ). El intervalo angular está definido por el parámetro
- .
Los intervalos angulares para la fase DSW y las velocidades de grupo ( Δθ ph y Δθ gr ) son diferentes. El intervalo de velocidad de fase es proporcional a η 2 e incluso para los cristales naturales más fuertemente birrefringentes es muy estrecho Δθ ph ≈ 1 ° ( rutilo ) y Δθ ph ≈ 4 ° ( calomelanos ). [17] Sin embargo, el intervalo de velocidad de grupo físicamente más importante es sustancialmente mayor (proporcional a η ). Los cálculos dan Δθ gr ≈ 7 ° para el rutilo y Δθ gr ≈ 20 ° para el calomelano.
Perspectivas
Una amplia investigación experimental de los sistemas de materiales DSW y la evolución de dispositivos prácticos relacionados se ha visto limitada en gran medida por las estrictas condiciones de anisotropía necesarias para la propagación exitosa de DSW, particularmente el alto grado de birrefringencia de al menos uno de los materiales constituyentes y el número limitado de materiales naturalmente disponibles. materiales que cumplan con este requisito. Sin embargo, esto está a punto de cambiar a la luz de los nuevos metamateriales diseñados artificialmente [18] y las revolucionarias técnicas de síntesis de materiales.
La extrema sensibilidad de DSW a la anisotropía y, por lo tanto, al estrés, junto con su carácter de baja pérdida (largo alcance) los hace particularmente atractivos para permitir la detección táctil y ultrasónica de alta sensibilidad para tecnologías de lectura y transducción de alta velocidad de próxima generación. . Además, la direccionalidad única de DSW se puede utilizar para la dirección de señales ópticas. [19]
Ver también
Referencias
- ^ Dyakonov, MI (abril de 1988). "Nuevo tipo de onda electromagnética que se propaga en una interfaz" (Descarga gratuita de PDF) . Física soviética JETP . 67 (4): 714.
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