Estudio computacional de las respuestas óptica y térmica de sistemas plasmónicos

Abstract

Este trabajo busca, ante todo, estudiar las bases fundamentales de la plasmónica e interpretar sus respuestas óptica y térmica a partir de simulaciones computacionales. Para ello, se simulan sistemas de nanopartículas de oro, sometidos a radiación electromagnética. De cara a las simulaciones y a obtención de resultados numéricos, se emplea el programa COMSOL Multiphysics, que parte de las ecuaciones de Maxwell y las ecuaciones de calor, resolviéndolas para cada sistema a través del método de los elementos finitos. Para la interpretación de las respuestas plasmónicas, se realiza un estudio de sus secciones eficaces e incremento térmico con dependencia espectral, así como de las respuestas locales de distribución de cargas, campo eléctrico y temperatura. Los sistemas analizados consisten en dos geometrías fundamentales: la esfera y la barra, así como combinaciones de ellas para el estudio de modos híbridos.

This work aims, above all, to study the fundamental principles of plasmonics and to interpret its optical and thermal responses through computational simulations. To that end, gold nanoparticle systems subjected to electromagnetic radiation are simulated. For the simulations and numerical result processing, the COMSOL Multiphysics software is used, which is based on Maxwell’s equations and heat equations, solving them for each system through the finite element method. To interpret the plasmonic responses, an analysis of the effective cross-sections and spectral-dependent thermal increase is conducted, as well as the local responses of charge distribution, electric field, and temperature. The analyzed systems consist of two fundamental geometries: the sphere and the rod, as well as combinations of both for the study of hybrid modes.