Acoplamiento mediante configuración de Kretschmann entre plasmones superficiales propagantes y plasmones superficiales localizados en nanorods

GUTIERREZ, MARINA; REYNOSO, ANDRÉS A.; SCARPETTINI, ALBERTO; COCCO, MAURO D.; WALKER, HARRIET; LEE, JOONG BUM ; RAKOVICH, ALIAKSANDRA ; PEDANO, MARÍA LAURA; PO, STEVE; PALMA DO CARMO, MARCIANO, ; CORTÉS, EMILIANO; MAYER, STEFAN; FAINSTEIN, ALEJANDRO

Buenos Aires

Congreso; XIX Encuentro de superficies y materiales nanoestructurados, Nano2019; 2019

CNEA-CAC, INTI Constituyentes

Los plasmones superficiales son modos ópticos vinculados a la interfaz entre un dieléctrico y un metal. Se originan a partir del acoplamiento resonante entre el campo electromagnético (EF) que éste dispersa y una oscilación de carga superficial, concentrando el EF en distancias de sub-longitudes de ondas de la interfaz. Si el metal es un film, éste soporta plasmones superficiales propagantes (PSP), que dependen de la longitud de onda incidente (◦), del metal y el dieléctrico en la interfaz. Los PSP son ondas evanescentes con una profundidad de penetración en el dieléctrico de ~200 nm y son ampliamente utilizados para biosensado por SPR sin marcadores ópticos. Estos PSP se pueden excitar en la interfaz del metal y el dieléctrico, haciendo coincidir su momento con el del fotón incidente, resultando en una onda electromagnética (EM) que se puede propagar micrómetros a lo largo del interfaz. Los sensores SPR usan generalmente un prisma (en configuración Kretschmann u Otto), para acoplar la radiación ◦ a los SPPs. Si el metal es una nanopartícula (NP), tiene la capacidad de incrementar fuertemente el EF local en sus proximidades, quedando el EFE confinado a pocos nm de la superficie, es decir, soporta plasmones superficiales localizados (LSP), no se propagan. Éstos dependen del metal, forma, volumen, y entorno de la NP. Se forman «puntos calientes» de mayor EFE en puntas afiladas, espacio interior entre dímeros o cúmulos de NPs, o entre NPs y película metálica. Dicho incremento es crucial para la detección molecular y se usa para técnicas tales como espectroscopia o dispersión Raman mejorada en superficie (SERS), que permite identificar moléculas debido a su espectro característico y posee muy bajos límites de detección. Para éstos procesos, la sensibilidad depende en gran medida de la intensidad del EF confinado alrededor tales NPs. Sin embargo, las  de excitación de los LSP no son sintonizables debido a su dispersión limitada. No obstante, si se construye un arreglo periódico de nano-objetos sobre un film metálico, se obtiene un plasmón reticular híbrido (HLP), resultado de un acoplamiento armónico de los PSP de dicho film con las ondas de Bragg de la matriz de NPs, que muestra un fuerte confinamiento del EFE alrededor de las NPs, similar al LSP, pero la dispersión de este modo HLP resulta similar a la de los PSP, y por lo tanto se puede sintonizar en un amplio rango de  de excitación [1].El objetivo de este trabajo consiste en combinar las ventajas de ambas técnicas, es decir, la eficiencia del acople de la luz incidente en una configuración de Krestchmann para SPR, con la magnificación del EFE en las proximidades de NPs de SERS, empleando nanorods dispersos sobre un film metálico, para lograr incrementar la eficiencia de detección molecular formando un híbrido entre ambas técnicas, evitando así los costos y complicaciones de fabricación que implica las técnicas litográficas para arreglos ordenados. [1] M. Sarkar, M. Besbes, J. Moreau, J.-F. Bryche, A. Olivéro, G. Barbillon, A.-L. Coutrot, B. Bartenlian, and M. Canva, ACS Photonics, 2 (2015) 237?245.