Plasmón de superficie localizado - Localized surface plasmon
Un plasmón de superficie localizado (LSP) es el resultado del confinamiento de un plasmón de superficie en una nanopartícula de tamaño comparable o menor que la longitud de onda de la luz utilizada para excitar el plasmón . Cuando una pequeña nanopartícula metálica esférica es irradiada por luz, el campo eléctrico oscilante hace que los electrones de conducción oscilen coherentemente. Cuando la nube de electrones se desplaza con respecto a su posición original, surge una fuerza restauradora de la atracción de Coulombic entre electrones y núcleos. Esta fuerza hace que la nube de electrones oscile. La frecuencia de oscilación está determinada por la densidad de electrones, la masa efectiva de electrones y el tamaño y la forma de la distribución de carga. El LSP tiene dos efectos importantes: los campos eléctricos cerca de la superficie de la partícula se mejoran enormemente y la absorción óptica de la partícula tiene un máximo en la frecuencia resonante del plasmón . La resonancia del plasmón superficial también se puede ajustar en función de la forma de la nanopartícula. La frecuencia del plasmón se puede relacionar con la constante dieléctrica del metal. La mejora desaparece rápidamente con la distancia a la superficie y, para las nanopartículas de metales nobles , la resonancia se produce en longitudes de onda visibles. La resonancia de plasmón de superficie localizada crea colores brillantes en soluciones coloidales de metal.
Para metales como la plata y el oro, la frecuencia de oscilación también se ve afectada por los electrones en los orbitales d. La plata es una opción popular en plasmónicos, que estudia el efecto de acoplar la luz a las cargas, porque puede soportar un plasmón de superficie en un amplio rango de longitudes de onda (300-1200 nm) y su longitud de onda de absorción máxima se cambia fácilmente. Por ejemplo, la longitud de onda máxima de absorción de las nanopartículas de plata triangulares se alteró cambiando la nitidez de las esquinas de los triángulos. Sufrió un cambio de azul a medida que disminuía la nitidez de las esquinas de los triángulos. Además, la longitud de onda de absorción máxima experimentó un desplazamiento al rojo a medida que se añadió una mayor cantidad de agente reductor (HAuCl 4 ) y aumentó la porosidad de las partículas. Para las nanopartículas semiconductoras, la absorción óptica máxima se encuentra a menudo en la región del infrarrojo cercano y medio.
Plasmones de superficie de propagación
Los plasmones de superficie localizados son distintos de los plasmones de superficie de propagación. En plasmones de superficie localizados, la nube de electrones oscila colectivamente. Al propagar plasmones de superficie, el plasmón de superficie se propaga hacia adelante y hacia atrás entre los extremos de la estructura. Los plasmones de superficie de propagación también deben tener al menos una dimensión cercana o más larga que la longitud de onda de la luz incidente. Las ondas creadas en la propagación de plasmones de superficie también se pueden ajustar controlando la geometría de la nanoestructura metálica.
Caracterización y estudio de plasmones superficiales localizados
Un objetivo de los plasmónicos es comprender y manipular los plasmones de superficie a nanoescala, por lo que la caracterización de los plasmones de superficie es importante. Algunas técnicas que se utilizan con frecuencia para caracterizar los plasmones de superficie son la microscopía de campo oscuro, la espectroscopía UV-vis-NIR y la dispersión Raman mejorada en la superficie (SERS). Con la microscopía de campo oscuro, es posible monitorear el espectro de una nanoestructura metálica individual a medida que cambia la polarización de la luz incidente, la longitud de onda o las variaciones en el ambiente dieléctrico.
Aplicaciones
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La frecuencia de resonancia del plasmón es muy sensible al índice de refracción del entorno; un cambio en el índice de refracción da como resultado un cambio en la frecuencia resonante . Como la frecuencia de resonancia es fácil de medir, esto permite que las nanopartículas de LSP se utilicen para aplicaciones de detección a nanoescala . Además, las nanopartículas que exhiben fuertes propiedades de LSP, como las nanovarillas de oro , podrían mejorar la señal en la detección de resonancia del plasmón superficial. Las nanoestructuras que exhiben resonancias LSP se utilizan para mejorar las señales en técnicas analíticas modernas basadas en espectroscopía . Otras aplicaciones que dependen de la generación eficiente de luz a calor en la nanoescala son la grabación magnética asistida por calor (HAMR), la terapia fototérmica del cáncer y los termofotovoltaicos. Hasta ahora, las aplicaciones de alta eficiencia que utilizan plasmónicos no se han realizado debido a las altas pérdidas óhmicas dentro de los metales, especialmente en el rango espectral óptico (visible y NIR). Además, se han utilizado plasmones de superficie para crear superlentes, capas de invisibilidad y para mejorar computación cuántica. Otra área interesante de investigación en plasmónicos es la capacidad de "encender" y "apagar" los plasmones mediante la modificación de otra molécula. La capacidad de activar y desactivar plasmones tiene consecuencias importantes para aumentar la sensibilidad en los métodos de detección. Recientemente, se acopló un cromóforo supramolecular con una nanoestructura metálica. Esta interacción cambió las propiedades de resonancia del plasmón de superficie localizada de la nanoestructura de plata al aumentar la intensidad de absorción.
Ver también
- Resonancia de plasmones superficiales
- Espectroscopía Raman de superficie mejorada
- Nanopartícula
- Espectroscopía Raman mejorada con punta