Fenomeni di focalizzazione subdiffrattiva in schiere di nanoparticelle plasmoniche

In questo lavoro di tesi viene affrontato lo studio numerico dei fenomeni di focalizzazione e l’analisi dell’operatività in strutture bidimensionali (2D) basate su nanoparticelle metalliche, le cui promettenti potenzialità hanno recentemente suscitato notevole attenzione da parte della comunità scientifica. Lo scopo è quello di proporre un approccio alternativo alla realizzazione di superlenti per campi evanescenti e un’analisi di nuove possibilità di nanoprocessamento della luce in strutture composte da “metasuperfici” plasmoniche, verificando proprietà di imaging
subdiffrattivo in dispositivi realizzati da schiere di nanosfere risonanti posizionate in un mezzo doppiamente positivo (lo spazio libero o un dielettrico).
L’interesse nello studio di nanomateriali è il risultato della loro possibilità di impiego in svariati settori e delle loro particolari proprietà, quali l’intensa banda di assorbimento dovuta all’oscillazione collettiva degli elettroni di conduzione (denominata “plasmone” di superficie), l’elevata stabilità fisico-chimica e la possibilità di ingegnerizzare in diversi modi le proprietà ottiche lineari delle nanostrutture metalliche. I materiali su scala nanometrica stanno offrendo nuove opportunità alla fotonica in quanto assicurano un miglioramento delle proprietà ottiche lineari e non lineari e la possibilità di convertire la luce in altre forme di energia, come eccitazioni di plasmoni superficiali. Per queste ragioni, le nanoparticelle di oro e di argento si presentano come materiali chiave nella fotonica. La possibilità di modulare le proprietà ottiche, e le frequenze plasmoniche in particolare, rende le nanoparticelle, la cui caratteristica dominante per le attuali applicazioni fotoniche consiste nell’assorbimento plasmonico superficiale, di notevole rilievo per innovative applicazioni.
La crescente diffusione dei nanomateriali nella scienza e nelle tecnologie è frutto dell’acquisizione di maggiori competenze nelle tecniche di caratterizzazione e sintesi su scala nanometrica. Ad oggi le nanotecnologie trovano ampia applicazione in due settori fondamentali, quali le tecnologie mediche e quelle dell’informazione. In questo contesto si propone la simulazione di strutture innovative e l'ottimizzazione nella scelta dei parametri per la caratterizzazione sperimentale di diversi sistemi, quali dispositivi per superlensing e strutture di nanofocusing e nanosensing, ecc. L’analisi per le particolari proprietà di imaging subdiffrattivo nelle
strutture proposte richiede la definizione di parametri opportuni e la determinazione della full width at half maximum (FWHM), il cui valore consente di confermare e analizzare chiaramente la risoluzione subdiffrattiva dell’immagine formata dalla lente. L’implementazione di tali strutture nel dominio ottico impiega nanosfere metalliche come inclusioni risonanti delle due griglie che supportano modi superficiali, evidenziando effetti di miglioramento del campo vicino e risoluzione subdiffrattiva a distanze dall’oggetto superiori alla metà della lunghezza d’onda e imaging subdiffrattivo nel caso di polarizzazione verticale delle sorgenti.