Chiral Optics in Corrugated Metasurfaces Interacting with Atomic-width Semiconductors

La óptica quiral es una subárea de la óptica que estudia la interacción de la luz con materiales quirales. Este libro se centra en una estructura prometedora: metasuperficies corrugadas interactuando con semiconductores de anchura atómica, analizando teóricamente sus propiedades ópticas quirales.
En este trabajo, revisamos el marco teórico mínimo necesario para estudiar metasuperficies plasmónicas compuestas por matrices de agujeros rectangulares en láminas metálicas. Utilizando el método de modos acoplados, desarrollamos un nuevo formalismo que permite obtener directamente los coeficientes de reflexión en el campo lejano. Los acoplamientos geométricos son los elementos clave de este procedimiento, ya que establecen las conexiones entre los distintos órdenes de Bragg en el espacio de polarización.
Derivamos las ecuaciones que rigen las metasuperficies e identificamos tanto los términos responsables del spin-momentum locking, que establecen reglas de selección entre la polarización y el momento de los órdenes de difracción, como los términos que rompen este comportamiento al mezclar componentes de espín. Esta ruptura se atribuye a la discrepancia entre la definición de luz circularmente polarizada, relativa a la dirección de propagación de los
órdenes de difracción correspondientes, y las simetrías del sistema, definidas con respecto a la dirección z de la metasuperficie.
Demostramos que, aunque esta ruptura puede ser despreciable en algunos casos, particularmente cuando los vectores de onda en el plano son pequeños, se vuelve fundamental cuando se excitan plasmones de superficie. En este último caso, pueden establecerse unas reglas de selección modificadas para el spin-momentum locking, interpretándose como un proceso de dispersión en dos pasos que involucra la excitación y desexcitación secuencial de un plasmón.