Desarrollo y optimización de nanoestructuras plasmónicas

MARÍA LAURA PEDANO, SHUZHOU LI, GEORGE C. SCHATZ YCHAD A. MIRKIN

Córdoba

Congreso; XVII Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2011

Asociación Argentina de Investigación Fisicoquímica

La técnica de litografía en alambre permite fabricar estructuras periódicas de segmentos metálicos, con control de su composición química, longitud, rugosidad y arquitectura.[1] En función de la composición química de cada segmento se puede disolver selectivamente alguno de ellos, creando cavidades en la estructura. La longitud de los segmentos y cavidades puede variarse desde unos pocos nanómetros a cientos de micrómetros. Esto genera nanoalambres calados a partir de metales como Ag y Au[1,2] que resultan útiles como estructuras plasmónicas para la identificación espectroscópica de moléculas por dispersión Raman aumentada por superficie (Surface Enhanced Raman Scattering, SERS).[3] En este trabajo se describe la dependencia de la intensidad de SERS en función de la longitud de segmentos de oro (entre 40 y 2000 nm), del tamaño de la cavidad (2 a 50 nm) y de la rugosidad de la misma. Se determinó teórica y experimentalmente que a diferencia de lo que se había reportado hasta el momento, el aumento del campo electromagnético en la cavidad no decae exponencialmente con el incremento en la longitud de la partícula metálica,[3] sino que oscila periódicamente en función de la longitud del segmento. La dependencia periódica está determinada por la longitud de onda de los polaritones plasmónicos superficiales (SPP) y por los modos plasmónicos multipolares de orden de simetría impar. A su vez, se determinó que para estas nanoestructuras caladas, a pesar de que las cavidades rugosas poseen mayor área superficial que las lisas, producen menor incremento del campo electromagnético. Por reglas de selección, cuando la luz incidente está polarizada paralelamente al eje longitudinal de los nanoalambres, la excitación de los modos dipolares de simetría par está prohibida. Sin embargo, esta regla de selección no se cumple cuando hay rugosidades, o en el caso de cavidades lisas, cuando se produce un acoplamiento de campo cercano entre los segmentos adyacentes del nanoalambre. Por lo tanto, si la cavidad es lisa, existe una fuerte dependencia de la intensidad SERS con el tamaño de la cavidad. Sin embargo, si la cavidad es rugosa, dicha rugosidad reduce tal sensibilidad al tamaño de la cavidad y atenúa cualquier efecto de polarización del haz incidente. De estos resultados se puede concluir que, sobre la base de la optimización teórica de la geometría de estas nanopartículas, se pueden crear estructuras plasmónicas suficientemente grandes como para ser conectadas macroscópicamente a circuitos eléctricos y mantener al mismo tiempo sus propiedades plasmónicas. Esto permitirá caracterizar simultáneamente las propiedades eléctricas y la composición química de moléculas confinadas en las nanocavidades. Referencias: [1] L. D. Qin, S. Park, L. Huang, C. A. Mirkin, Science 2005, 309,113. [2] X. Chen, Y. M. Jeon, J. W. Jang, L. Qin, F. Huo, W. Wei, C. A. Mirkin, J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 8166. [3] L. D. Qin, S. L. Zou, C. Xue, A. Atkinson, G. C. Schatz, C. A. Mirkin, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2006, 103, 13300. [3] L. D. Qin, S. L. Zou, C. Xue, A. Atkinson, G. C. Schatz, C. A. Mirkin, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2006, 103, 13300. [2] X. Chen, Y. M. Jeon, J. W. Jang, L. Qin, F. Huo, W. Wei, C. A. Mirkin, J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 8166. [3] L. D. Qin, S. L. Zou, C. Xue, A. Atkinson, G. C. Schatz, C. A. Mirkin, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2006, 103, 13300. [3] L. D. Qin, S. L. Zou, C. Xue, A. Atkinson, G. C. Schatz, C. A. Mirkin, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2006, 103, 13300.