Divergence of the dielectric constant in ultrathin granular metal films near the percolation threshold

Abstract

En esta publicación se analiza cómo las propiedades electrónicas y ópticas se relacionan con el espesor de láminas ultradelgadas de materiales granulares de oro (nanopartículas de Au depositadas sobre un sustrato de zafiro). Las muestras se elaboraron mediante la pulverización catódica de radiofrecuencia, ubicando intencionadamente el magnetrón del equipo de deposición en un ángulo oblicuo de unos 60º en relación a la perpendicular al sustrato. De esta manera, se obtuvieron muestras en las que el espesor varía de manera lineal a lo largo de una dirección determinada, lo que permitió llevar a cabo un análisis minucioso del efecto del espesor en las propiedades de interés. La caracterización óptica mediante elipsometría espectroscópica realizada a lo largo de la dirección de variación del espesor de la muestra, ha posibilitado observar con nitidez (tal como preveía la teoría de Efros y Shklovskii en los años 1970) que la constante dieléctrica aumenta con el espesor en el régimen dieléctrico y diverge para un espesor crítico, como predice la teoría de la percolación. Al incrementar el espesor, se puede apreciar conductividad metálica (demostrada por la necesidad de incluir en el modelo óptico un oscilador de Drude) aunque la constante dieléctrica continúa siendo positiva. Al superar un valor mínimo de espesor establecido, el material es claramente metálico. Las curvas elipsométricas permiten visualizar de manera clara el rango de espesores para los que la muestra presenta una respuesta dieléctrica, el rango de percolación y, finalmente, el de carácter puramente metálico.