Estoy simulando una guía de ondas en COMSOL, un solver FEM. Mi modelo se parece a esto (es similar a una geometría de láser de cascada cuántica estándar):
Por lo tanto, hay una capa muy fina (30nm) de oro intercalada por dos regiones formadas por Arseniuro de Galio ( $ \epsilon_r \simeq 13$ ). Cuando realizo un análisis de modo alrededor de 3THz (la frecuencia de mi láser, $\simeq 100 \mu m$ ), el modo con mayor probabilidad de propagación (menores pérdidas, coincidencia con el índice de modo efectivo) es el de abajo (aquí se representa la norma del campo E):
Ahora, yo esperaría este comportamiento si la capa de oro intermedia era lo suficientemente gruesa, porque la frecuencia de plasma del oro, según el modelo de Drude, está muy por encima de los 3THz. El coeficiente de absorción es igual a
$$\alpha = \frac{2 \kappa \omega}{c}$$
y la profundidad de la piel, definida como $\delta = 2/ \alpha$ es de unos 40-50nm en esta frecuencia. Por lo tanto, debido al efecto piel, la reflectividad de la fina capa de oro sería muy baja y la onda se filtraría en la capa inferior.
El campo E sí penetra en el oro, pero decae muy rápidamente. Esta es la norma de E en la capa de oro (0 a 0,03 en el eje y), ampliada mucho y con la gama de colores ajustada (fíjate $|E_{max}|>300$ en la parcela original):
Esto es lo que obtuve del soporte:
La reflexión parece ser el resultado de la condición límite de conservación del flujo normal $Dy_1=Dy_2$ . Ya que en el oro Er es mucho mayor que en el material, $Ey_1<<Ey_2$ . Sin embargo, las componentes tangenciales del campo eléctrico (que deberían decaer después de una profundidad de piel) son casi continuas a lo largo del espesor del oro.
Pero cuando miro la corriente de desplazamiento (componente y), obtengo un gráfico claramente discontinuo:
Recibí otra respuesta, comentando este tema:
Esta discontinuidad se atribuye a la transición entre un conductor y un dieléctrico. La condición D1-D2=pho_s se deriva de la ley de conservación de la carga, J1-J2=dt phos_s, donde J1 y J2 son la suma de las corrientes de desplazamiento y conducción. En caso de que la conductividad en ambos dominios sea nula, se obtiene la conservación del flujo eléctrico. Al pasar por una frontera conductor-dieléctrico, la corriente de inducción se vuelve discontinua y por lo tanto, la corriente de desplazamiento también será discontinua. La corriente de desplazamiento está directamente relacionada con la densidad de flujo. Por lo tanto, se ve el salto en la componente de flujo normal. Si se representa emw.Ex o emw.Jy se verá que son continuas. Las diferentes componentes de la corriente (emw.Jiy, emw.Jdy) y emw.Dy serán discontinuas.
Si he entendido bien, esto sólo significa que habrá acumulación de carga en la interfaz Au/GaAs debido a la existencia de una unión Schottky.
¿Estoy equivocado en mis suposiciones, estoy malinterpretando el efecto piel, estoy trazando algo equivocado? Si no es así, ¿por qué estoy obteniendo un resultado erróneo? Desde el punto de vista técnico, la malla del software es lo suficientemente pequeña como para resolver la capa fina, por lo que no puede ser el problema.
