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 Coulomb 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 electrónica efectiva y el tamaño y la forma de la distribución de carga. [1] El LSP tiene dos efectos importantes: los campos eléctricos cerca de la superficie de la partícula se mejoran en gran medida y la absorción óptica de la partícula tiene un máximo en la frecuencia de resonancia del plasmón . La resonancia del plasmón de superficie también se puede ajustar en función de la forma de la nanopartícula. [1] La frecuencia del plasmón se puede relacionar con la constante dieléctrica del metal. [1] La mejora disminuye rápidamente con la distancia desde la superficie y, en el caso de las nanopartículas de metales nobles , la resonancia se produce en longitudes de onda visibles. [2] La resonancia del plasmón superficial localizado crea colores brillantes en soluciones coloidales de metal. [3]
En el caso de 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 plasmónica, que estudia el efecto del acoplamiento de 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 modifica fácilmente. [2] Por ejemplo, la longitud de onda de absorción máxima de las nanopartículas de plata triangulares se alteró al cambiar la nitidez de las esquinas de los triángulos. Experimentó un desplazamiento hacia el azul a medida que disminuía la nitidez de las esquinas de los triángulos. [4] Además, la longitud de onda de absorción máxima experimentó un desplazamiento hacia el rojo a medida que se añadía una mayor cantidad de HAuCl 4 y aumentaba la porosidad de las partículas. [3] En el caso de las nanopartículas semiconductoras, la absorción óptica máxima suele estar en la región del infrarrojo cercano y del infrarrojo medio. [5] [6]
Los plasmones superficiales localizados son distintos de los plasmones superficiales que se propagan. En los plasmones superficiales localizados, la nube de electrones oscila colectivamente. En los plasmones superficiales que se propagan, el plasmón superficial se propaga de un lado a otro entre los extremos de la estructura. Los plasmones superficiales que se propagan también deben tener al menos una dimensión que sea cercana o más larga que la longitud de onda de la luz incidente. Las ondas creadas en los plasmones superficiales que se propagan también se pueden ajustar controlando la geometría de la nanoestructura metálica. [2]
Un objetivo de la plasmónica es comprender y manipular los plasmones de superficie a escala nanométrica, 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 por la superficie (SERS). [2] 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 entorno dieléctrico. [7]
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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 de resonancia . Como la frecuencia de resonancia es fácil de medir, esto permite que las nanopartículas LSP se utilicen para aplicaciones de detección a nanoescala . [8] Además, las nanopartículas que exhiben fuertes propiedades LSP, como las nanobarras de oro , podrían mejorar la señal en la detección de resonancia de plasmón de superficie. [9] [10] Las nanoestructuras que exhiben resonancias LSP se utilizan para mejorar las señales en las técnicas analíticas modernas basadas en la espectroscopia . 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 la termofotovoltaica. [11] Hasta ahora, no se han realizado aplicaciones de alta eficiencia que utilicen plasmónica debido a las altas pérdidas óhmicas dentro de los metales, especialmente en el rango espectral óptico (visible y NIR). [12] [13] Además, los plasmones de superficie se han utilizado para crear superlentes, capas de invisibilidad y para mejorar la computación cuántica. [14] [15] [16] Otra área interesante de investigación en plasmónica es la capacidad de activar y desactivar 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. [2] Recientemente, un cromóforo supramolecular se acopló con una nanoestructura metálica. Esta interacción cambió las propiedades de resonancia de plasmones de superficie localizada de la nanoestructura de plata al aumentar la intensidad de absorción. [17]