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Autor

Antenas ópticas en la nano y microescala.

Acceso Cerrado
ID Minciencias: TD-0000199419-3
Ranking: TD-TD_A

Abstract:

Los resultados del presente trabajo de tesis doctoral sientan bases para la comprension de fenomenos plasmonicos, asociados a la espectroscopia Raman amplificada por superficie (SERS) para el desarrollo de nuevos metodos de deteccion molecular. La sistematica de estudio consisti_o en evaluar la respuesta plasmonica y SERS de cinco tipos de sistemas metalicos nanoestructurados: i) superficies rugosas de Au, ii) cavidades esfericas de Au, iii) sistemas de film de Au (o Ag) sobre nanoesferas (AuFON o AgFON), iv) nanoparticulas triangulares de Au (AuNPS) y v) un substrato comercial Klarite. En los sistemas mencionados se abordaron estudios del acoplamiento de la luz con plasmones, a traves de mecanismos resonantes poco frecuentes en la literatura. Asi mismo, se presentan resultados de modelados numericos para comprender y reforzar la interpretacion de los resultados experimentales. Se establecio tambien una correlacion entre estos plasmones y la respuesta SERS de moleculas sonda absorbidas covalentemente en la superficie del sistema. En las superficies rugosas de Au, se presentan resultados de la respuesta SERS en funcion del grado de rugosidad para nanoestructuras con relajacion natural de la rugosidad y congelada artificialmente. Esto se hizo mediante un control no del grado de rugosidad, desde valores muy pequenos a valores grandes. Este estudio de rugosidad finamente controlado se realizo como insumo para luego poder estudiar el efecto de la rugosidad en substratos plasmonicos ordenados, fabricados por metodos de litografia con esferas de latex. La inhibicion de la relajacion de la superficie se realizo con metodos quimicos produciendo mayor senal SERS en comparacion con las superficies relajadas. En los sistemas de cavidades con rugosidad superficial adaptada o incrementada se estudio el efecto de esta rugosidad sobre la eficiencia SERS. Se demostro que este sistema hibrido cavidad + rugosidad funciona como una antena sinergica multiescala donde la cavidad esferica cumple la funcion de incrementar el modo plasmonico cerca de la superficie rugosa, permitiendo un mejor acoplamiento de la radiacion del campo lejano, a campos cercanos mejorados localmente. Otro resultado en este sistema hibrido, esta relacionado con el acoplamiento resonante selectivo de modos plasmonicos de cavidad tipo P y D con diferente distribucion espacial. El modo D espacialmente mas connado a la superficie que el modo P, conduce a una canalizacion mas eficiente de la energia desde el campo lejano a campos cercanos en la superficie. Otro de los resultados de la tesis esta direccionado a estudios resonantes en sistemas AuFON y AgFON. En estos evaluamos y correlacionamos la respuesta SERS de tres modos plasmonicos (etiquetamos como M3, M2 y M1) con medidas de la reactividad optica y modelado numerico de la mejora del campo en la superficie. Fundamentamos que los mecanismos de amplificacion debido a los plasmones y la resonancia metal-ligando (M-L), muestran una relacion con la amplificacion SERS. Del modelado numerico en estos mismos sistemas mostramos que los modos plasmonicos M2 y M1 presentan similar distribucion espacial de campo electrico pero distinta intensificacion. En el caso de los AuFON, el modo M1 de mayor intensificacion de campo electrico que M2 contribuye mas al rendimiento SERS cuando se cruza con la resonancia M-L. En los sistemas de AgFON fue posible incrementar los limites de deteccion molecular diez veces en comparacion con los sistemas de AuFON. Ademas, se evidencio una nueva resonancia plasmonica (poco relevante en sistemas de AuFON) que contribuye significativamente a la respuesta SERS, generando un nuevo maximo en dicha respuesta. Por otro lado, los sistemas de AuNPS muestran senales SERS muy bajas en comparacion con los otros sistemas estudiados. Esta baja amplificacion esta relacionada con que, la superficie cubierta por estas AuNPS es mucho menor que la superficie total del substrato implicada en el proceso SERS. Finalmente, un ultimo resultado hace referencia al estudio comparativo de los cinco sistemas mencionados. De esta comparacion el sistema AuFON, resulto de mejores caracteristicas en cuanto a valores de intensidad y homogeneidad de la senal SERS respecto a los demas sistemas estudiados. En general, determinamos que la contribucion a la senal SERS proviene de los mecanismos plasmonicos, la resonancia M-L y la rugosidad superficial del sistema. Con los estudios de la tesis surgen posibilidades de desarrollo de sistemas de deteccion ultrasensible de moleculas en forma cuantitativa.

Tópico:

Gold and Silver Nanoparticles Synthesis and Applications

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Tesis de posgrado