Negative and anomalous refraction in metamaterials and photonic crystals

Abstract

Los materiales zurdos, también llamados metamateriales porque son de carácter artificial y no existen en la naturaleza, se caracterizan por tener permitividad dieléctrica y permeabilidad magnética ambas negativas. Con estas propiedades se consigue un índice de refracción negativo que junto a la amplificación de las ondas evanescentes los hacen unos buenos candidatos para la formación de imágenes. Sin embargo, desde su fabricación en el rango de microondas, las pérdidas en estos metamateriales han sido considerables resultando la imagen obtenida altamente afectada. En esta tesis se analizan la influencia de la absorción y dispersión propia de estos metamateriales sobre la refracción y la formación de imagen. Por otro lado, también se han analizado las distintas propuestas para superar el problema de las pérdidas. En primer lugar los cristales fotónicos con refracción negativa. Donde llegamos a la conclusión de que a pesar de que éstos forman una imagen isoplanática, no poseen la capacidad de superresolución. Dentro de la refracción anómala en cristales fotónicos, se ha estudiado aquellos con autoguiado y se han propuesto diferentes aplicaciones para ellos. En segundo lugar se ha propuesto un modelo teórico que estudia la resonancia de un metamaterial (sistema bosónico) acoplado por medio de las interacciones de los campos locales a una resonancia de un medio de ganancia por un sistema de dos niveles (sistema fermiónico). A partir del modelo calculamos la respuesta lineal, el estado estacionario del sistema de ganancia y el valor estacionario para la ocupación, así como la dinámica del sistema. Finalmente, se realizó una analogía entre la refracción anómala en cristales fotónicos y la refracción anómala de electrones en un sistema mesoscópico bidimensional, el grafeno. Así pues se ha propuesto un divisor de haz de electrones y un colimador de electrones.