Propagation of electromagnetic waves in "Fishnet" metamaterials

Recentemente la fabbricazione e l'ottimizzazione di nano aperture periodiche attraverso strati di metalli nobili ha riscosso molta attenzione sia per l'interesse verso fenomeni fisici non comuni sia per le potenziali applicazioni alla nano-ottica e alla biosensoristica. In particolare i metamateriali composti da strati metallo-dielettrici sovrapposti e perforati da aperture periodiche, conosciuti come strutture a forma di spina di pesce, sono oggi tra i migliori candidati per studiare alcuni fenomeni fisici non comuni, come la rifrazione ad angolo negativo. La tesi di dottorato riassume lo studio della propagazione delle onde elettromagnetiche in strutture periodiche, in particolare nelle "Fishnet". La propagazione di onde elettromangetiche nelle Fishent genera una proprietà non comune: l"indice di rifrazione negativo. L'obbiettivo principale della tesi è quello di studiare l'origine dell'indice di rifrazione negativo e la sua dipendenza dai parametri geometrici a partire da strutture di base come la Fishnet a tre strati fino a strutture più evolute come la Fishnet a multi strato. Dei metodi e modelli effettivi per l'estrazione dei parametri complessi saranno inizialmente considerati per lo studio preliminale. Tuttavia per un'indagine più rigorosa verrà presentato un recente metodo modale adatto all'analisi di strutture omogenee fortemente accoppiate come le Fishnet a multistrato in cui anche i modi evanescenti, legati alla dissipazione del metallo, possono giocare un ruolo cruciale. Il metodo FEM di analisi modale è basato sull'equazioni di Elmholtz in forma debole e rappresenta un potente metodo di indagine per studiare l'evoluzione dei modi complessi, alla base dell'indice effettivo di rifrazione negativo (parte reale e complessa), da un punto di vista più fondamentale.