Theoretical description of low-energy excitations in nanostructures as probed by fast electrons

Abstract

En esta tesis, se describe teóricamente cómo los haces de electrones rápidos enfocados interactúan con excitaciones de baja energía de interés en el campo de la nanofotónica: fonones ópticos, vibraciones moleculares, plasmones, excitones y modos de cavidad óptica resonante. Para ello, se utiliza la electrodinámica clásica con el fin de evaluar la pérdida de energía experimentada por la sonda de electrones debido a la interacción con dichas excitaciones, calculando los espectros de pérdida de energía de electrones (EEL) con resolución espacial en diferentes configuraciones. En los primeros dos capítulos se estudian las excitaciones fonónicas en capas delgadas infinitas y truncadas. Se muestra que un haz de electrones enfocado puede acoplarse con fonones-polaritones de baja energía en dichas nanoestructuras. Adicionalmente, se presenta un estudio sobre cómo la temperatura finita afecta los espectros de pérdida de energía. La espectroscopia EEL también puede utilizarse para interrogar moléculas, y por tanto, en la la tesis se explora la mejora de las huellas moleculares en los espectros mediante el acoplamiento con excitaciones plasmónicas. Por último, se estudia la excitación de los modos resonantes en nanopartículas dieléctricas mediante haces de vórtices de electrones que presentan el potencial de mejora de la señal magnética y del dicroismo en los espectros de EEL.