Las propiedades físicas y químicas de átomos y moléculas dependen de sus niveles de energía.
Si se logran controlar estos niveles, es posible modificar las propiedades de los materiales, lo
que tiene aplicaciones importantes en la ciencia de materiales, la química y la fotónica.
Un enfoque moderno para lograr este control se basa en el acoplamiento fuerte y ultrafuerte
entre la luz y la materia. En este régimen, la energía se intercambia de manera coherente entre
ambos sistemas, dando lugar a oscilaciones de Rabi y a la formación de estados híbridos luz-
materia, llamados polaritones. En este proceso pueden intervenir distintas excitaciones
producto de la interacción luz-materia, como excitones, plasmones, fonones y vibraciones
moleculares.
En este trabajo, investigadores de España y Francia presentan una técnica nanoespectroscópica
basada en espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier a nanoescala (nano-FTIR).
Esta técnica permite mapear espacialmente el acoplamiento ultrafuerte vibracional entre los
fonones ópticos de una capa delgada de SiC y los polaritones plasmónicos de superficie de un
sustrato semiconductor de InAs.
Este acoplamiento ultrafuerte, que se produce cuando un sistema es fotoexcitado, ocurre
para muchos valores del vector de onda y da lugar a numerosos modos híbridos (mezclas
de luz y materia). En particular, cuando la luz se acopla a vibraciones moleculares o
a vibraciones de la red cristalina (fonones), se ha observado que la reactividad química
puede cambiar. Esto facilita el estudio de la química polaritónica, en la que la luz modifica
el comportamiento de los sistemas materiales, e incluso puede dar lugar a transiciones de
fase predichas teóricamente que son inducidas por acoplamientos fuerte y ultrafuerte.
Estos resultados son relevantes para diversas aplicaciones, como sensores ultrasensibles,
óptica no lineal y tecnologías cuánticas.
Para más información ver: Nature materials