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LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN

Estructuras y dispositivos nanofotónicos y optoelectrónicos para aplicaciones en tecnologías de la información, salud y energía.

El objetivo de esta línea de investigación es el desarrollo de nuevas ideas en optoelectrónica y nanofotónica para la colección emisión y transporte de luz para aplicaciones en biosensores, tecnologías de la información y energía. Para alcanzar este objetivo, nos dedicamos tanto al desarrollo de nuevos procesos tecnológicos como de estudios de física básica en nanoestructuras semiconductoras y magnéticas, a través de dos aproximaciones paralelas que definen cada una de las sub-líneas de investigación:       Combinación de nanoestructuras semiconductoras compuestos con cristales fotónicos ( Sublínea Nanoestructuras de semiconductores compuestos para tecnologías de información y energía. Combinación de estructuras magnéticas y plasmónica (Sublínea Nanoestructuras Magnéticas y Magnetoplasmónica ).       Ambas aproximaciones comparten tecnologías de fabricación (métodos de crecimiento epitaxial y otras técnicas avanzadas de crecimiento, nanolitografía electrónica y otras técnicas de litografía) y técnicas de caracterización( difracción de rayos X, fotoluminiscencia y técnicas magneto-ópticas de campo cercano y lejano). Ambas aproximaciones basan su actividad en la colaboración con instituciones nacionales e internacionales y se financian mediante proyectos de investigación obtenidas en convocatorias competitivas a nivel nacional e internacional. Esta línea de investigación proporciona al IMM la oportunidad de participar en temas de investigación de absoluta actualidad como son las tecnologías de información cuántica desde una aproximación de estado sólido, nuevos sensores basados en conceptos innovadores en magnetoplasmónica ó el desarrollo de las tecnologías más avanzadas para dispositivos fotovoltaicos.

Nanoestructuras de semiconductores compuestos para nuevos dispositivos en tecnologías de información y energía:       Esta línea de investigación se inició en el IMM (sede del CNM en Madrid) para dar soporte a una importante iniciativa industrial a nivel del estado español en el campo de la optoelectrónica y microondas para tecnologías de las comunicaciones, con la contribución de TIDSA-Telefónica-ATT y la experiencia de un grupo de investigación en el IFM-CSIC en el campo de crecimiento epitaxial de semiconductores III-V. Aunque esta iniciativa pública sería posteriormente abandonada por Telefónica, la línea de investigación de semiconductores III-V en el IMM se mantuvo gracias a la participación en proyectos europeos de investigación en optoelectrónica con compañías europeas como Thompson, Schlumberger, Philips, Daimler-Benz, EGC- Marconi. Dichas colaboraciones fueron también decisivas para la incorporación en el IMM de tecnologías de microfabricación para dispositivos optoelectrónicos con nanoestructuras semiconductoras (diodos láser y fotodetectores) tales como reactores MBE, litografía de haz de electrones, técnicas de deposición y ataque seco, así como técnicas de caracterización como difracción de rayos X de alta resolución, SEM, espectroscopias ópticas y microscopías SPM. En la actualidad la participación en el programa nacional "Acción Estratégica en Nanociencia y Nanotecnología", dos proyectos CONSOLIDER, varios contratos con la industria y la participación en la NoE Self assembled Nanostructures for Electronic and Optoelectronic Devices (SANDIE) junto con otros 26 socios europeos avalan la validez de nuestra aproximación. Esta sub-línea reúne la actividad de 6 investigadores, 5 post-docs y 4 estudiantes de doctorado junto con colaboraciones y proyectos comunes con otros grupos del IMM. Entre los logros alcanzados pueden citarse el diseño de sistemas MBE, el desarrollo de una nueva técnica de crecimiento a baja temperatura (ALMBE), el invento de las ampliamente utilizadas células dotadas de válvula y cracker como fuentes sólidas de fósforo y antimonio y más recientemente la fabricación de diodos láser conteniendo en su zona activa nanoestructuras semiconductoras auto-ensambladas (hilos cuánticos InAs/InP , anillos y puntos cuánticos InAs/GaAs). Entre los objetivos concretos de esta sub-línea se encuentran el desarrollo de procesos de fabricación y de estudios de física básica en el campo de dispositivos emisores de un solo fotón (SPE) y de fotones entrelazados, como elementos básicos de futuras tecnologías de información cuántica. Un dispositivo SPE consiste en un único punto cuántico situado en una microcavidad de cristal fotónico. Este trabajo se realiza en el contexto de un proyecto CONSOLIDER junto con otros grupos en España (ICFO, UAM, UPM) y de la NoE SANDIE en Europa. Por otro lado, la combinación de nanoestructuras fotónicas y puntos cuánticos, en este caso en alta densidad y distribuidos en apilamientos de muchas capas, constituyen la base del desarrollo de células solares de banda intermedia. Este proyecto, realizado asimismo en el contexto de otro proyecto CONSOLIDER constituye un nuevo campo de investigación en el IMM y abre la puerta a la participación de IMM en propuestas a nivel nacional que coordinan la actividad en el campo de dispositivos fotovoltaicos de concentración realizada por universidades, laboratorios de investigación e industrias. Por último, dentro de los objetivos de esta sub-línea se incluyen nanoestructuras basadas en ZnO y nanoestructuras semiconductoras para energía térmica.   Nanoestructuras Magnéticas y Magnetoplasmónica:       Aunque en sus primeros años el IMM centró sus actividades en la epitaxia y aplicaciones de estructuras semiconductoras III-V, éstas se diversificaron rápidamente cubriendo diversas áreas de investigación de interés básico y aplicado. De este modo, la actividad en nanomagnetismo comenzó en 1995, obteniendo los primeros resultados científicos en forma de publicación en 1997. Desde entonces, esta línea de investigación se ha centrado, entre otros, en temas como el studio de sistemas con alta anisotropía magnética y actividad magneto-óptica, procesos de inversión de imanación, magnetotransporte e interacciones magnéticas, tanto en capas ultradelgadas como en nanoimanes. Con el tiempo, los intereses científicos de esta línea han evolucionado, y en la actualidad nuestro principal interés se centra en las propiedades magnéticas, ópticas y magneto-ópticas de sistemas en los que coexisten materiales magnéticos y plasmónicos. La incorporación del carácter de espín a las estructuras plasmónicas abre la posibilidad, tanto de controlar la actividad magneto-óptica vía excitación de resonancias de plasmón, como de controlar las propiedades plasmónicas mediante la aplicación de un campo magnético externo. Desde el punto de vista práctico, estos sistemas tienen aplicación en una nueva generación de sensores de resonancia de plasmón (SPR del inglés Surface Plasmon Resonance) magneto-ópticos, de mayor sensibilidad que los dispositivos SPR estándar, así como en el diseño de dispositivos plasmónicos activos para tecnologías de la información. Con este fin, se diseñan, fabrican y caracterizan nanoestructuras compuestas de metales nobles, ferromagnéticos y materiales dieléctricos mediante el esfuerzo coordinado de un grupo de expertos que cubren un amplio campo de especialidades. Así se cubre desde el estudio teórico de las propiedades ópticas de las nanoestructuras, el crecimiento y epitaxia de nanomateriales, nanofabricación mediante litografía de alta resolución, caracterización estructural y morfológica, y caracterización de campo cercano y lejano mediante el uso de diversas técnicas. Además, también estamos interesados en estudios de tipo fundamental en lo que se refiere a las propiedades magnéticas de estos sistemas, así como de otros sistemas avanzados.

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