Active photonic devices based on spintronic-plasmonic metasurfaces
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Date
2024-05-10Author
Díez Sánchez, Ángela
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[EN] In this work, we study the magnetic field modulation of the optical response of plasmonic-spintronic
metasurfaces. The responsible effect of this modulation is the Magneto-refractive effect (MRE), which accounts for the magnetic field induced modification of the electrical resistivity that translates into a change
in the optical properties, making it possible to magnetically modulate the plasmon resonances from the
mid-infrared to the THz regime. First, we introduce concepts relevant to this work, such as Giant Magnetoresistance (GMR) and Surface Plasmons, which are resonant collective oscillations of conduction electrons
that can be localized in the surface of a metallic nanoparticle or can propagate along a dielectric-metallic
interface. Then, we study the MRE exhibited by GMR systems, more specifically by a Ni81Fe19/Au GMR
multilayer. Finally, we present an analysis of the optical response of plasmonic metasurfaces fabricated out
of the previously mentioned GMR multilayers, using the Lumerical software for the photonic simulations.
We consider periodical structures such as nanoantenna- and hole-arrays, in order to demonstrate that metasurfaces made out of GMR multilayers can be utilized to develop active photonic platforms whose optical
response is controlled by an external magnetic field. [ES] En este trabajo, estudiamos la modulaci´on a trav´es del campo magn´etico de la respuesta ´optica de
metasuperficies plasm´onicas-espintr´onicas. El efecto responsable de esta modulaci´on es el Efecto MagnetoRefractivo (MRE), que explica la modificaci´on inducida por el campo magn´etico de la resistividad el´ectrica,
que lleva asociado un cambio en las propiedades ´opticas, permitiendo as´ı modular magn´eticamente las
resonancias plasm´onicas desde la regi´on del infrarrojo medio hasta el r´egimen de los terahercios. En primer
lugar, introducimos conceptos fundamentales del trabajo, como la Magnetoresistencia Gigante (GMR) y los
plasmones de superficie, que son oscilaciones colectivas resonantes de los electrones de conducci´on que pueden
estar localizadas en la superficie de una nanopart´ıcula met´alica o se pueden propagar a lo largo de una interfaz
di´electrico-metal. Posteriormente, estudiamos el MRE que presentan sistemas con GMR, espec´ıficamente
por una multicapa de Ni81Fe19/Au con GMR. Por ´ultimo, presentamos un an´alisis de la respuesta ´optica
de metasuperficies plasm´onicas fabricadas a partir de las previamente mencionadas multicapas, usando el
software Lumerical para las simulaciones fot´onicas. Consideramos estructuras peri´odicas como redes de
nanoantenas y agujeros, con el fin de demostrar que las metasuperficies hechas de multicapas de GMR
pueden ser utilizadas para desarrollar plataformas fot´onicas activas cuya respuesta ´optica es controlada por
un campo magn´etico externo. [EU] Lan honetan, eremu magnetikoaren bidezko erantzun optikoaren modulazioa aztertu dugu metagainazal plasmoniko espintronikoetan. Modulazio honen eragilea Efektu Magneto-Errefraktiboa (MRE) da,
eremu magnetikoak eragindako erresistentzia elektrikoaren aldaketa azaltzen duena eta honen ondoriozko propietate optikoen aldaketak azaltzen dituena. Erresonantzia plasmonikoen modulazio magnetikoa
infragorri ertainetik THz erregimenara posible egiten du efektu honek. Lehenik eta behin, lan honetan
funtsezkoak diren kontzeptuak aurkezten ditugu, hala nola Magneto Erresistentzia Erraldoia (GMR) eta
gainazaleko plasmoiak. Gainazaleko plasmoiak eroankortasuneko elektroien talde-oszilazio erresonantziak
dira, nanopartikula metalikoen gainazalean gerta daitezkeenak, edo dielektriko-metal gainazaleetan zehar
heda daitezkeenak. Ondoren, GMR sistema berezietan, zehazki, GMR Ni81Fe19/Au multigeruzetan, adierazten den MREa aztertu dugu. Azkenik, lehen aipatutako multigeruzekin fabrikatutako metagainazal
plasmonikoen erantzun optikoaren analisia egiten dugu, Lumerical softwarea erabiliz simulazio fotonikoak
egiteko. Nanoantena- eta zulo-sareak bezalako estruktura periodikoak aztertzen ditugu, GMR multigeruzekin egindako metagainazalek plataforma fotoniko aktiboak garatzeko erabil daitezkeela, eta haien erantzun
optikoa kanpoko eremu magnetikoaren bidez kontrolagarria dela erakusteko