Resonancias plasmónicas localizadas en nanoestructuras metálicas: Correlaciones teórico-experimentales y algunas potenciales aplicaciones

Buenos Aires

Conferencia; XVI Taller de Óptica y Fotónica (TOPFOT)/ XI Encuentro de Estudiantes de Óptica y Fotónica (EEOF); 2021

Comite Territorial de Optica de la Asoociación Fisica Argentina

En los últimos años se han efectuado importantes avances en la síntesis, diseño y caracterización de nanoestructuras (NEs) metálicas y en el estudio de las singulares propiedades ópticas que surgen de las excitaciones elementales colectivas de los electrones de la banda de conducción del metal, que en el caso particular de estructuras con arquitectura tridimensional en la nano-escala se denominan resonancias plasmónicas localizadas (RPL). Las longitudes de onda de las RPL como las intensidades de los máximos dependen fuertemente de la forma, tamaño y de la naturaleza del medio circundante de las NE y de su interacción con otras NEs metálicas (por ejemplo cuando forman agregados). Así mismo, en las regiones próximas a la superficie de las NEs, se generan campos eléctricos incrementados y confinados en la nanoescala, que modifican las propiedades espectroscópicas de moléculas situadas en estas regiones (por ejemplo, incremento en órdenes de magnitud de las secciones eficaces Raman, fenómeno conocido como SERS, del inglés, Surface Enhanced Raman Spectrscopy). Estas propiedades han dado lugar a técnicas espectroscópicas que permiten la detección ultrasensible de diferentes moléculas. En esta charla presentaremos estudios efectuados recientemente en nuestro grupo de investigación, efectuados en diferentes tipos de NEs plasmónicas. Como primer ejemplo, discutiremos correlaciones teórico-experimentales de las propiedades ópticas de nanovarillas de Au cubiertas con una coraza de sílica mesoporosa. Estas NEs son de relevancia actual por sus potencilaes aplicaciones tales como el suministro de drogas en forma controlada, en terapias contra el cáncer, en la inducción de fotoquímica de reacciones en los poros de la coraza de sílica y la detección de moléculas en forma óptica, o sensores de índice de refracción del medio externo en escalas nanométricas Una de las características fundamentales que determinan su potencial para una dada aplicación es el grado de porosidad de la corza de sílica como el grado de llenado de los poros con las moléculas del medio externo. Estas NEs presentan dos máximos en sus espectros UV-Vis correspondientes a la excitación de las RPL de los modos transversal y longitudinal. En esta presentación se mostrará cómo se pueden establecer los factores que controlan la longitud de onda del máximo del modo longitudinal, y de esta manera estimar el grado de porosidad de la coraza de sílica como el grado de cargado de los poros con el medio externo, analizando el espectro de extinción que resulta al dispersar estas NEs en solventes con distinto grado de viscosidad. Como segundo ejemplo se abordará la determinación del factor de incremento de las señales Raman en espectroscopía SERS en agregados de nanopartículas en dispersión coloidal unidas por puentes moleculares, con distancias interpartícula controladas por la molécula puente, introduciendo una nueva figura de mérito, denominada Factor de Incremento de la Concentración Activa que permite efectuar una correlación rigurosa con el factor de incremento SERS electromagnético calculado teóricamente a partir de simulaciones electrodinámicas.