Estudio de la interacción luz/nanohilos semiconductores

A mediados del siglo pasado empezó el interés sobre las propiedades de las estructuras con dimensión nanométrica —al menos una de las dimensiones estudiadas se encuentra entre 1 y 100 nanómetros— en este orden de magnitud, se observan cambios substanciales en las propiedades físicas de la materia, y más en concreto de los semiconductores. A partir de las técnicas de crecimiento que se han ido desarrollando se pueden conseguir objetos de dimensión nanométrica con formas diversas, esto abre la puerta al desarrollo de nanodispositivos con nuevas funcionalidades. Uno de los cuellos de botella para el estudio de las propiedades ópticas a escala nanométrica, es la resolución espacial de la microscopía óptica, limitada inferiormente por la difracción a dimensiones del orden de la longitud de onda. Sabiendo que las nanoestructuras se comportan como antenas ópticas, vamos a explorar como podemos utilizar nanohilos depositados sobre una superficie para estudiar dicha superficie, mediante un microscopio óptico, alcanzando resoluciones por debajo del límite de difracción. En este trabajo utilizamos nanohilos (NWs) de GaAs sobre un sustrato de Si. La interacción luz/NW presenta una serie de resonancias de diámetro y longitud de onda que provocan la amplificación del campo eléctrico en los NWs superando el obstáculo del límite de difracción. Esto nos permite observar la resonancia de la señal Raman del Si en presencia del nanohilo de GaAs. La espectroscopia Raman es una herramienta útil en este caso ya que nos proporciona tanto el valor del desplazamiento Raman, que nos permite conocer el material que estamos estudiando así como la intensidad Raman que es proporcional al cuadrado del campo electromagnético y, por consiguiente, nos aportará información sobre la distribución del mismo, facilitándonos una imagen de la superficie —que no podríamos haber obtenido sin la amplificación causada por el nanohilo—, más en concreto, se observa cómo actúa la presencia del nanohilo sobre el campo electromagnético en el substrato. Para este estudio, se ha medido la respuesta del sustrato de Si frente a la excitación con un haz láser en presencia de NWs de GaAs de diferentes diámetros. Los resultados obtenidos muestran que la distribución del campo electromagnético sobre el sustrato de Si depende del diámetro de los NWs; la intensidad puede verse aumentada, reducida o mantenerse invariante con respecto a la respuesta del Si en ausencia de NWs. La variación que se observa en la intensidad del sustrato nos proporcionará información acerca de la interacción entre el haz láser y el sistema NW/Substrato gracias a la proporcionalidad existente entre la intensidad y el cuadra del campo electromagnético.
In the second half of last century, the properties of the structures with nanometric dimensions began to gain interest. At this scale, changes are observed in the physical properties of matter. Thanks to the recent development of growth techniques it is possible to obtain objects of nanometric dimension with different shapes, opening the door to the development of nanodevices with new functionalities. One of the key points for the study of the optical properties at nanometer scale is the spectral resolution of optical microscopy, which is limited by diffraction to dimensions similar to the light wavelength. In this work we use GaAs nanowires (NWs) on a Si substrate and observe the resonance of the Raman signal of Si in presence of the GaAs nanowire, reaching resolutions below the diffraction limit. Raman spectroscopy is a useful technique since the Raman intensity is proportional to the square of the electromagnetic field, therefore, it will provide us with information on its distribution, more specifically on how the presence of the nanowire interferes with the electromagnetic field in the substrate. For this study, the response of a Si substrate to excitation with a laser beam in presence or not of a GaAs NW has been explored. The obtained results show that the distribution of the electromagnetic field on the Si substrate depends on the diameter of the NWs; the intensity can be increased, reduced or remain invariant with respect to the Si response in the absence of NWs. The variation observed in the intensity of the substrate will provide us with information about the interaction between the laser beam and the NW / Substrate system thanks to the proportionality between the intensity and the square of the electromagnetic field.
Grado en Física