Acoplamiento de plasmones superficiales propagantes y localizados en sustratos nanoestructurados mediante el desarrollo de una técnica híbrida SPR-SERS

PEDANO, MARÍA LAURA*

S. C. de Bariloche

Seminario; Seminarios de Materia Condensada, Gerencia de Física, Centro Atómico Bariloche,; 2023

Departamento de Materia Condensada, Gerencia de Física, CAB.

En nuestro laboratorio pudimos desarrollar una técnica híbrida entre resonancia de plasmones superficiales (SPR) y espectroscopía Raman aumentada por superficie (SERS), para el estudio de plasmones superficiales híbridos, entre los plasmones propagantes en un film metálico y los plasmones localizados en nanopartículas metálicas (NPs), logrando combinar las ventajas de ambas técnicas, es decir, el 100% de eficiencia en el acople de la luz incidente desde el campo lejano en una configuración tipo Kretschmann para SPR, con la magnificación del campo electromagnético en las proximidades de NPs que ofrece SERS, para poder detectar monocapas moleculares. Se estudiaron sustratos para SPR, consistentes en un film de oro de 50 nm sobre vidrio BK7 o cuarzo, nanoestructurados ya sea con nanorods de oro dispersos aleatoriamente [1], arreglos de 10 x 10 NPs esféricas de 80 nm de diámetro [2], una línea de 10 NPs, y hasta una NP única [3] sobre el film. Se midió el incremento de la señal híbrida SPR-SERS de una monocapa de bifenil-4-tiol autoensamblada entre el film metálico y el arreglo de NPs sobre éste, en función de la longitud de onda y ángulo de la luz incidente. El principal resultado fue que logramos medir el plasmón superficial de un arreglo de 10 x 10 NPs y de una nanopartícula única, junto a la señal híbrida SPR-SERS de pocas moléculas debajo de dicha NP. Para el arreglo de NPs, la intensidad máxima de señal obtenida al ángulo de incidencia de acoplamiento óptimo, ocurría cuando se excitaba con un láser de 750 nm. Mientras que para una NPs individual, se observó un máximo local a esa longitud de onda, pero se obtuvo un máximo más intenso cuando se excitaba a 700nm. A partir de allí, profundizamos en el estudio sistemático de la señal obtenida para NPs individuales, midiendo la relación de intensidades obtenidas para dos modos de emisión de la molécula de estudio, uno a 1080 cm-1 y otro a 1580 cm-1, para distintas longitudes de onda de excitación, tratando de llegar por debajo de 700nm, a los ángulos de incidencia óptimos de mayor acople entre los plasmones propagantes y localizados. De esta manera, intentamos dilucidar si la señal obtenida se amplifica más cuando la longitud de onda del láser está en resonancia con la longitud de onda del plasmón híbrido (resonancia entrante), o cuando está en resonancia con la longitud de onda de la emisión Raman de la molécula (resonancia saliente). Este análisis es fundamental para lograr la máxima amplificación posible del sistema y obtener menores límites de detección, aplicable al estudio de reacciones moleculares en NP únicas.