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 de forma coherente. Cuando la nube de electrones se desplaza con respecto a su posición original, surge una fuerza restauradora debido a la atracción de Coulomb entre los electrones y los núcleos. Esta fuerza hace que la nube de electrones oscile. La frecuencia de oscilación está determinada por la densidad de los electrones, la masa efectiva del electrón 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 aumentan considerablemente y la absorción óptica de la partícula tiene un máximo en la frecuencia de resonancia del plasmón . La resonancia del plasmón superficial 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, para las nanopartículas de metales nobles , la resonancia se produce en longitudes de onda visibles. [2] La resonancia de plasmón superficial localizada crea colores brillantes en soluciones coloidales metálicas. [3]
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 plasmónica, que estudia el efecto de acoplar la luz a las cargas, porque puede soportar un plasmón de superficie en una amplia gama de longitudes de onda (300-1200 nm) y su longitud de onda de absorción máxima se cambia fácilmente. [2] Por ejemplo, la longitud de onda de absorción máxima de las nanopartículas de plata triangulares se alteró cambiando la nitidez de las esquinas de los triángulos. Experimentó un cambio de color 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 al rojo a medida que se añadió una mayor cantidad de HAuCl 4 y aumentó la porosidad de las partículas. [3] Para las nanopartículas semiconductoras, la absorción óptica máxima suele estar en la región del infrarrojo cercano y del infrarrojo medio. [5] [6]
Los plasmones de superficie localizados son distintos de los plasmones de superficie en propagación. En los plasmones de superficie localizados, la nube de electrones oscila colectivamente. En la propagación de plasmones de superficie, el plasmón de superficie se propaga hacia adelante y hacia atrás entre los extremos de la estructura. Los plasmones de superficie que se propagan también necesitan 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 superficiales también se pueden sintonizar 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 utilizadas frecuentemente para caracterizar plasmones de superficie son la microscopía de campo oscuro, la espectroscopia UV-vis-NIR y la dispersión Raman mejorada en 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 resonante del plasmón es muy sensible al índice de refracción del medio ambiente; 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 plasmones superficiales. [9] [10] Las nanoestructuras que exhiben resonancias LSP se utilizan para mejorar las señales en técnicas analíticas modernas basadas en espectroscopia . Otras aplicaciones que dependen de la generación eficiente de luz para calentar a nanoescala son la grabación magnética asistida por calor (HAMR), la terapia fototérmica contra el cáncer y la termofotovoltaica. [11] Hasta ahora, no se han realizado aplicaciones de alta eficiencia utilizando plasmónicos debido a las altas pérdidas óhmicas dentro de los metales, especialmente en el rango espectral óptico (visible y NIR). [12] [13] Además, se han utilizado plasmones de superficie para crear superlentes, capas de invisibilidad y mejorar la computación cuántica. [14] [15] [16] Otra área interesante de investigación en plasmónica es la capacidad de "encender" y "apagar" plasmones mediante la modificación de otra molécula. La capacidad de activar y desactivar plasmones tiene consecuencias importantes para aumentar la sensibilidad de los métodos de detección. [2] Recientemente, se acopló un cromóforo supramolecular a una nanoestructura metálica. Esta interacción cambió las propiedades de resonancia del plasmón superficial localizado de la nanoestructura de plata al aumentar la intensidad de absorción. [17]