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Título de Acceso Abierto
Nanosistemas plasmónicos para la generación y detección de ondas de hipersonido
Fabricio Leandro Della Picca Andrea V. Bragas
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Resumen/Descripción – provisto por el repositorio digital
Las nanoantenas metálicas nos permiten, gracias a sus propiedades plasmónicas, acceder en forma eficiente a las escalas nanométricas y a fenómenos que ocurren en la escala sub-difracción. Cuando una nanoantena metálica es excitada ópticamente por un pulso ultrarrápido, una parte de la energía decae rápidamente a la red atómica iniciando vibraciones mecánicas coherentes y localizadas. A su vez, las vibraciones mecánicas en una nanoantena pueden afectar sus propiedades plasmónicas y ser así detectadas ópticamente. Estas características convierten a las nanoantenas metálicas en nanoresonadores mecánicos en el rango de GHz a THz , con la propiedad de poder indagar la nanoescala utilizando ondas de hipersonido. En este trabajo estudiaremos diversos sistemas plasmónicos como generadores y detectores de hipersonido, mostraremos como cambian sus modos mecánicos en función de forma, tamaño y condiciones de contorno, cómo se comportan las ondas generadas en la nanoescala y cuáles son sus potenciales aplicaciones. La introducción al tema y motivaciones se discute en el Capítulo 1. Durante todo el trabajo de Tesis se utilizó la técnica pump-probe a uno y dos colores para medir sobre nanoantenas de oro fabricadas mediante litografía de electrones y mediante química húmeda. Las mediciones fueron siempre de partícula única, pudiendo así individualizar sus propiedades y evitando el ensanchamiento inhomogéneo. La descripción de los dispositivos, técnicas experimentales y diseños de los experimentos se discute en el Capítulo 2. En el capítulo 3 se presentan las mediciones de las oscilaciones mecánicas de nanocilindros fabricados químicamente y depositados sobre un sustrato de cuarzo, caracterizando sus frecuencias, así como los efectos provocados por irradiación con láser, que son básicamente el calentamiento de la nanoantena y el entorno y el reshaping por difusión atómica superficial. Además, se demuestra cómo el valor de la frecuencia de oscilación de los nanocilindros individuales es sensible a las propiedades mecánicas del entorno en el rango de GHz, que es un rango generalmente no alcanzado por los ensayos mecánicos estándar. Esta técnica abre un amplio rango de posibilidades para el estudio de las propiedades térmicas y mecánicas de polímeros en estas escalas espaciales y temporales. Buscando nuevas formas de sintonizar los modos mecánicos en nanoantenas, en el capítulo 4 se estudiaron nanobarras de oro sobre sustrato de cuarzo fabricadas por litografía de electrones, sobre las cuales se insertaron parches de sílice de forma localizada en tres configuraciones distintas. Se pudieron medir correctamente las tres configuraciones y compararlas con las nanobarras sin sílice, encontrando diferencias de frecuencia mecánica, amplitud de señal y decaimiento de las oscilaciones. Las frecuencias experimentales fueron comparadas con valores simulados con los cuales se observó excelente coincidencia. Las simulaciones fueron realizadas por colaboradores del Imperial College de Londres, mediante el método de elementos finitos (FEM) en el dominio de las frecuencias. Se encontró que los parches en los extremos de la nanobarra tienen bajo efecto en la frecuencia mecánica, pero disminuyen la amplitud de la señal y afectan la respuesta plasmónica. Si el parche se coloca en el centro de la nanobarra, la resonancia plasmónica no se ve afectada, pero la frecuencia mecánica aumenta y no disminuye su amplitud. Finalmente, si se cubre por completo la nanobarra con sílice obtenemos mayor aumento de la frecuencia mecánica que el caso anterior, pero también gran disminución de la señal medida, debido al corrimiento significativo de la respuesta plasmónica. En el capítulo 5 se diseñaron experimentos para comprender la interacción de los nanoresonadores litografiados con el sustrato donde están adheridos y estudiar la propagación del hipersonido en esos sustratos. Para llevar adelante estas mediciones se desarrolló una novedosa técnica de medición diferida que consistió en excitar una nanoantena de oro litografiada en un sustrato de cuarzo y detectar la onda de hipersonido generada y transmitida a través del sustrato con otra nanonatena ubicada a una distancia diez veces mayor que sus tamaños. Luego, utilizando diferentes distancias entre nanoantenas se logró medir la velocidad de propagación de estas ondas mecánicas, concluyendo que se trata de ondas mecánicas superficiales SAW (surface acoustic waves) del tipo Rayleigh. Esta es la primera vez que se demuestra el acoplamiento de SAWs con resonancias plasmónicas producidas en nanoantenas metálicas únicas. Las mediciones fueron realizadas para nueve combinaciones de distintos pares de nanoantenas conformados por nanobarras horizontales o verticales y nanodiscos, en las cuales se detectó señal, concluyendo que en los nueve casos hay acoplamiento a través del sustrato. Esta técnica tiene un gran potencial para poder estudiar cómo afecta el sustrato a los nanoresonadores y a cuáles de sus variables influye más. También abre la puerta a investigar diferentes métodos para direccionar las ondas superficiales SAW.Palabras clave – provistas por el repositorio digital
PUMP-PROBE; NANOANTENAS PLASMONICAS; NANORESONADORES; HIPERSONIDO; FONONES; ONDAS MECANICAS SUPERFICIALES SAW; NANOBARRAS; NANODISCOS; ONDAS DE RAYLEIGH; PLASMONIC NANOANTENNA; NANORESONATOR; HIPERSOUND; PHONONS; SURFACE ACOUSTIC WAVES (SAW); NANOROD; NANODISK; RAYLEIGH WAVES
Disponibilidad
| Institución detectada | Año de publicación | Navegá | Descargá | Solicitá |
|---|---|---|---|---|
| No requiere | 2018 | Biblioteca Digital (FCEN-UBA) (SNRD) |
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Información
Tipo de recurso:
tesis
Idiomas de la publicación
- español castellano
País de edición
Argentina
Fecha de publicación
2018-12-11
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