Light induced interactions between nanoparticles incomplex fields
- Autores: Jorge Luís Hita
- Directores de la Tesis: Manuel Ignacio Marqués Ponce (dir. tes.), Juan José Sáenz Gutiérrez (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2017
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: Guillermo Gómez Santos (presid.), Daniel Jaque García (secret.), Giovanni Volpe (voc.), Luis S. Froufe Pérez (voc.), Antonio García Martín (voc.)
- Materias:
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- Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
- Resumen
En esta Tesis se ha desarrollado una investigación teórica de las propiedades de las interacciónes mediadas por luz y se ha realizado una búsqueda de diferentes montajes en los que se puedan obtener nuevos efectos produci- dos por estas interacciones.
En las últimas décadas, se ha realizado un enorme esfuerzo investigador dentro de este campo. Desde la primera medida experimental de una fuerza óptica de picoNewton realizada por Ashkin a mediados de los años 80, mostrando cómo se podía usar un haz láser colimado para atrapar partículas micrométricas, hasta la enorme investigación teórica y experimental actual en fotónica y manipulación óptica.
Entre los avances en el entendimiento de los efectos mecánicos de la luz en nanopartículas han emergido recientemente un enorme número de líneas de investigación. El análisis de la dinámica Browniana obtenida de las fuerzas y torques sobre una partícula en una trampa óptica, el análisis de la validez del principio de acción y reacción entre dos partículas de diferente polarizabilidad o el descubrimiento del aumento de la difusión de nanopartículas en redes ópticas de vórtices son sólo tres ejemplos que muestran cómo de rica y diversa es la investigación en el campo de la manipulación óptica.
La manipulación de las fuerzas de dispersión han jugado también un papel crucial en las últimas décadas en campos fundamentales como la física, la biología, la química o las ciencias coloidales. Estas interacciones entre dos objetos emergen de fluctuaciones de diversos origenes físicos, tales como fluctuaciones térmicas o flucuaciones en mezclas críticas de fluidos. Estas fuerzas de dispersión han sido recientemente analizadas desde la perspectiva de la manipulación óptica, dando lugar a una nueva y muy prometedora línea de investigación.
Basada en este conocimiento previo de los efectos de las fuerzas ópticas en nanopartículas, esta Tesis se propone la consecución de cuatro objetivos principales:
Primero, se ha realizado el estudio de cómo pueden las propiedades de difusión ser manipuladas mediante interacciones ópticas. Para aislar el efecto de las interacciones entre partículas se propone un montaje en el que una única nanopartícula no experimentaría ninguna fuerza. Se estudia entonces la difusión de un dímero en dicho montaje óptico. Aunque se sabe que las interacciones son no conservativas, se propone un potencial que capture las principales propiedades de la dinámica del sistema.
En segundo lugar, se han analizado las propiedades de las interacciones entre muchas partículas. Se han estudiado diversos casos, desde montajes simplificados de tres nanopartículas idénticas iluminadas bien por una onda plana linealmente polarizada, bien por una red óptica, hasta sistemas con gran número de partículas difundiendo en una red óptica de vórtices sujetas a interacciones ópticas e hidrodinámicas.
En tercer lugar, se ha analizado en detalle la interacción óptica entre dos partículas idénticas sin absorción bajo iluminación con luz aleatoria, y se han comprobado, utilizando un modelo físico de la permitividad eléctrica, las principales características de dicha interacción. El uso de un modelo realista permite entender los diferentes regímenes de la interacción y sus principales propiedades. Como contribución principal, se ha obtenido por primera vez una expresión analítica que describe la interacción entre dos partículas con absorción en dichos campos de luz aleatoria.
Finalmente, se han investigado algunos resultados novedosos de la interacción entre dos partículas con absorción bajo iluminación con luz aleatoria, utilizando la expresión analítica antes mencionada. Se han caracterizado las condiciones específicas para la polarizabilidad eléctrica de dos partículas idénticas necesarias para obtener una interacción tipo gravitatoria inducida por fluctuaciones. Además, se ha identificado, para el caso de dos partículas con absorción y con diferente polarizabilidad, el caso notable en el que la interacción muestra no reciprocidad y no conservatividad para un campo fluctuante homogéneo e isótropo.
