Construcción de Sensores Basados en la Resonancia plasmónica Tamm utilizando óxidos porosos?

M. CECILIA FUERTES; PAULA C. ANGELOMÉ; BAPTISTE AUGUIÉ; NICOLÁS LÓPEZ ABDALA; ALEJANDRO FAINSTEIN; GALO J. A. A. SOLER-ILLIA

Buenos Aires

Congreso; XIX Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2015

En este trabajo se presenta el diseño y la construcción de un novedoso sensor óptico basado en la resonancia plasmónica superficial Tamm. Los plasmones Tamm son modos electromagnéticos confinados en la interfase entre una capa de metal noble y un cristal fotónico (CF). El ancho espectral es pequeño y muy sensible al índice de refracción del CF adyacente. En primer lugar, se realizaron simulaciones numéricas para determinar los valores óptimos del espesor de la capa metálica y de los espesores e índices de refracción de las capas que forman el CF. Luego, se construyeron dispositivos que presentaron el plamón Tamm para diferentes longitudes de onda en el rango visible del espectro. La síntesis de los dispositivos se realizó utilizando técnicas de evaporación (para depositar capas de Au de 20 a 30 nm) y de química sol-gel y autoensamblado de surfactantes (CTAB, F127, Brij58) para obtener los CF porosos. Se depositaron capas mesoporosas de TiO2 y SiO2 de forma alternada (entre 7 y 9 capas), con espesores entre 70 y 130 nm; estos óxidos porosos se eligieron debido al alto contraste entre índices de refracción que poseen (1.25 y 1.75 respectivamente para λ=630 nm). Para depositar los óxidos se utilizaron las técnicas de dip y spin coating. Se obtuvieron materiales con las propiedades ópticas deseadas (ver Figura), con muy buen acuerdo con el modelado teórico. Finalmente, se demostró la sensibilidad del plasmón Tamm a cambios en el índice de refracción del entorno, sumergiendo el dispositivo en diferentes solventes. En la Figura se observan los resultados para el caso de tolueno: al llenarse los poros del CF se modificó el índice efectivo de los óxidos porosos y el plasmón Tamm se desplazó 40 nm. Además, al comparar una serie de solventes con propiedades fisicoquímicas similares (alcoholes), se pudo construir una curva de calibración y se encontró que la respuesta es lineal y la sensibilidad relativamente alta (55 nm RI-1). [1] B. Auguié, M.C. Fuertes, P.C. Angelomé, N. López Abdala, G. Soler Illia, A. Fainstein,, ACS Photonics 1 (9) (2014) 775. [2] M. Kaliteevski et al., Physical Review B 76 (2007) 165415. [3] M.C. Fuertes et al, Advanced Functional Materials 17 (2007) 1247.