Production and characterization of nanostructured materials for optical aplications at Rovira i Virgili University

Resum

Quan la mida de materials òptics ben coneguts es redueix al rang dels nanómetres, apareixen noves propietats físiques. Això ha motivat l'aparició d'un gran interès per la síntesi i la caracterització d'aquests nanocristalls, cobrint tots els vessants, des dels materials amb aplicacions làser fins als materials per fenòmens de conversió de freqüència. En aquesta publicació, presentem tres noves estratègies en l'estudi d'aquests materials desenvolupades els últims anys als laboratoris del nostre grup de recerca. Les noves característiques espectroscòpiques dels nanocristalls han impulsat al nostre grup a l'estudi de nous procediments de síntesi de tungstats dobles i també de sesquiòxids, ambdós contenint ions lantànids, a partir de tècniques de sol-gel. Els nanocristalls obtinguts han estat caracteritzats estructuralment, morfològicament, fonónicament i espectroscòpica amb la intenció de fabricar nous materials ceràmics amb òptimes prestacions làser. L'explotació de les oportunitats tecnològiques que ofereixen les propietats de les estructures uni-dimensionals de semiconductors de gap ample també estan sent objecte d'estudi en el nostre grup de recerca. En aquest context, s'han sintetitzat rods de mides sub-micrométriques de GaN dopats amb Er, crescuts sobre substrats de silici (001) mitjançant la reacció directa entre el gali i l'amoníac en un sistema de deposició química en fase vapor. Les propietats espectroscòpiques d'aquests rods de mides sub-micrométriques s'han estudiat per entendre els mecanismes d'excitació dels ions lantànids en aquestes estructures de semiconductors, que podrien proporcionar emissions òptiques tecnològicament molt demandades. En aquests rods de mides sub-micrométriques s'han observat emissions en el verd i en el vermell a temperatura ambient mitjançant excitació per sota de l'energia del gap del semiconductor. Finalment, la formació de conjunts ordenats d'aquestes estructures uni-dimensional es especialment interessant degut a les noves pro-pietats que poden aparèixer quan es comparen a les propietats que presenten els components d'aquests conjunts de forma independent. Als nostres laboratoris de Física i Cristal· lografia de Materials (FiCMA) de la Universitat Rovira i Virgili (URV) s'estan fabricant actualment cristalls fotònics bidimensionals de materials d'òptica no-lineal, com el KTiOPO4, mitjançant nous procediments que combinen metodologies d'enfocament de baix a dalt i d'enfocament de dalt a baix. El conjunt ordenat d'estructures uni-dimensionals de KTiOPO4 és fabriquen mitjançant l'utilització d'un patró de silici macroporós i un substrat de KTiOPO4 que controla l'orientació de creixement de les estructures uni-dimensionals. Les propietats físiques d'aquest cristall fotònic han estat mesurades, la seva banda prohibida de tercer ordre determinada i també avaluades les seves propietats de difracció amb llum visible i IR.