Estudio del efecto del desorden en las propiedades fotónicas de materiales autoensamblados
- Autores: Jose Angel Pariente González
- Directores de la Tesis: Alvaro Blanco Montes (dir. tes.), Ceferino López Fernández (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2021
- Idioma: español
- Número de páginas: 134
- Tribunal Calificador de la Tesis: Juan Francisco Galisteo López (presid.), Rafael Delgado Buscalioni (secret.), Luis Froufe Carlos (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Materiales Avanzados y Nanotecnología por la Universidad Autónoma de Madrid
- Materias:
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- Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
- Resumen
El desarrollo de nuevas tecnologías va ligado normalmente a mejorar la calidad de vida de la sociedad. En este sentido, la organización de la materia y el control de la luz son, posiblemente, dos de las vías más explotadas durante el transcurso de los años. La importancia del primero radica en que determina la mayoría de las propiedades físicas del sistema, mientras que el segundo supone una revolución tecnológica la cual vivimos en la actualidad. Por ello, esta tesis doctoral trata sobre la explotación de las propiedades fotónicas de sistemas autoensamblados con el fin de caracterizar dos fenómenos físicos fundamentales: las transiciones de fase y la introducción de desorden en materiales estructurados.
Las transiciones de fase suscitan un gran interés por la multitud de mecanismos físicos que involucran. Por este motivo, en el Capítulo 2 de la tesis se investiga una técnica que permite monitorizar la transición de un fluido coloidal a un cristal dependiendo de la fracción de volumen inicial. Por medio de la difracción de luz en tiempo real del fondo de una suspensión coloidal se sigue la evolución de la sedimentación natural de esferas duras. La aparición del pico de Bragg en los espectros permite caracterizar todo el proceso de autoensamblado, esto es, cristalización, compactación, congelación y secado.
La transición de fase geométrica, conocida como percolación, es la transición de fase más simple posible ya que depende únicamente de como se distribuyan sus componentes. En el Capítulo 3 se construyen cristales fotónicos binarios con el fin de eliminar una de las especies y poder estudiar la estadística de racimos de vacantes en función del porcentaje de vacantes introducidas en el cristal. Para ello se analizan las superficies externas de diferentes cristales fotónicos dopados con vacantes probando que siguen una estadística 2D descrita por la teoría de la percolación. De esto se desprende que las estructuras propuestas demuestran ser excelentes arquetipos para diseñar y fabricar sistemas complejos con distribuciones de racimos de vacantes aleatorias La creación y distribución de los defectos en cualquier tipo de estructura son unas de las grandes preocupaciones de la fotónica ya que éstos, generalmente, suelen deteriorar las propiedades ópticas del material. Esta es la razón por la cual se han hecho ingentes esfuerzos por caracterizarlos y tratar de minimizar su impacto, o explotarlos y descubrir nuevos fenómenos ligados a ellos. En el Capítulo 4 se estudia el comportamiento del esparcimiento y de la extinción de la luz en los cristales dopados con vacantes. Esto posibilita caracterizar el tipo de transporte de la luz en el cual se observa un cambio del régimen balístico, propio de estructuras con pocos defectos, a difusivo, característico de estructuras donde el desorden juega un papel relevante.
La interacción de la luz con la materia determina las propiedades fotónicas del material, razón por la cual, en el Capítulo 5 se estudia el comportamiento de la luz en los cristales dopados con vacantes. El desorden composicional en los cristales fotónicos da lugar a formas asimétricas en los espectros en contraposición al desorden estructural que sólo degrada la simetría traslacional de la estructura. Dicha asimetría se ha descrito en términos de la resonancia de Fano debida a la interferencia entre el gap fotónico, difracción de Bragg, y el fondo de esparcimiento de Mie. En particular, la reflectancia de los cristales dopados con vacantes muestra las asimetrías propias de la resonancia de Fano por lo que han sido caracterizados mediante el parámetro q que determina la forma de dicha asimetría, demostrando que dicho parámetro está íntimamente ligado al desorden composicional de las estructuras.
