Propiedades ópticas de nanovarillas y nanocolumnas de oroefectos de la irradiación con pulsos láser y análisis del campo cercano

Resumen

Las nanopartículas o nanoestructuras plasmónicas tienen un gran potencial para diversas aplicaciones tecnológicas, que abarcan desde sensores, catálisis, biomedicina, aplicaciones fotovoltaicas, y generación de hidrógeno, hasta su incorporación en dispositivos fotónicos. Esta amplia diversidad de posibilidades se debe a su capacidad para absorber muy eficientemente la radiación electromagnética incidente sobre ellas, lo que se traduce en múltiples fenómenos físicos singulares. La absorción resonante de luz por parte de las nanopartículas genera un alto grado de excitación electrónica, que posteriormente se traduce en un aumento de la temperatura en volúmenes nanométricos y en una alta densidad de pares electrón-hueco calientes. Además, los campos electromagnéticos de la radiación incidente son amplificados varios órdenes de magnitud. Estas propiedades únicas dependen fundamentalmente de la forma y composición de las nanopartículas. Por eso se ha dedicado a lo largo de los años un gran esfuerzo a mejorar la dispersión de tamaños y formas en la fabricación de estos materiales, en sintetizar nuevas estructuras y en estudiar cómo las variaciones de tamaño y morfología afectan a su respuesta óptica. Esta tesis se centra en la modificación de nanovarillas de oro en disolución con pulsos láser ultracortos y en el estudio del campo cercano en nanocolumnas de oro depositadas en sustratos. En primer lugar se ha desarrollado una metodología para reducir la dispersión de la relación de aspecto de las nanovarillas por irradiación con pulsos láser de femtosegundos en un régimen de baja fluencia, de modo que estas se comportan como disoluciones con una dispersión muy baja, con una respuesta óptica de una calidad sin precedentes. A continuación, en un régimen de irradiación a alta fluencia, se han modificado las nanovarillas para generar diferentes morfologías. En esta parte, el estudio se ha centrado en la generación y caracterización óptica de nanovarillas $\phi$. Este tipo de nanovarillas son un intermedio estable en la transformación de nanovarilla a nanoesfera y presentan una geometría en forma de nanovarilla cuya parte central está hinchada. Su principal interés reside en que presentan un comportamiento híbrido entre una nanovarilla y una nanoesfera. Por último, se ha llevado a cabo el estudio de la respuesta óptica de nanocolumnas de oro depositadas en sustratos, fabricados mediante pulverización catódica por magnetrón. Se ha analizado como el tiempo de crecimiento afecta a la dispersión de tamaño de las muestras y como esta influye en su respuesta óptica, tanto en el campo lejano como en el cercano. También se ha estudiado su posible uso tecnológico como sustratos para aplicaciones de detección amplificada por superficie, en concreto para espectroscopía Raman amplificada por superficie (SERS, del inglés surface enhanced Raman spectroscopy), demostrando su posibilidad de uso en el rango de longitudes de onda visible-infrarrojo cercano.