Plasmónica en el régimen subnanométrico

Abstract

La interacción de luz con nanopartículas metálicas puede incrementarse dramáticamente si la onda electromagnética incidente está en resonancia con la excitación electrónica colectiva, conocida como plasmón. El campo de investigación emergente, denominado plasmónica, sugiere un sinnúmero de aplicaciones en campos como la nanofotónica, la óptica cuántica y el diseño de nanodispositivos, lo cual hace de esta área de la ciencia, un campo floreciente en investigación teórica y aplicada. En este texto se mostrará cómo utilizar el gran aumento del campo cercano en varias nanoestructuras en las cuales se forman nanocavidades plasmónicas, dímeros de nanopartículas con distancias subnanométricas entre ellas y en sistemas core-shell con separaciones decrecientes hasta menos de 1 nm. Estas separaciones ya no se pueden describir ni el campo cercano ni el campo lejano por modelos clásicos, por lo que se requiere introducir efectos cuánticos, como el tunelamiento, a través de las pequeñas separaciones. Varios estudios experimentales y teóricos han revelado que puede ocurrir tunelamiento por medio de la separación alterando la respuesta de campo lejano y el confinamiento y aumento del campo cercano. El modelo cuántico corregido (QCM, que describe la interfase dieléctrica como en medio efectivo que se convierte en conductor para brechas muy pequeñas) (ESTEBAN et al., 2012) proporciona una descripción adecuada de este efecto y permite allanar el camino para el desarrollo de nuevos dispositivos y sustratos aplicables en espectroscopía Raman.

Interaction of light with metallic nanoparticles can be greatly enhanced if the incident electromagnetic wave is at resonance with collective electron excitations, which are called plasmons. Undoubtedly driven by the wide range of potential applications, plasmonics now is a flourishing field of fundamental and applied research. In particular, the possibility of actively controlling the plasmonic response at very short time scales. In this paper it is shown how to use the great near field enhancement in several nanostructures in which plasmonic nanocavities are formed, dimers with subnanometric distances between them and core-shell systems (nanomatryushkas) with decreasing separations up to less than 1 nm. At these distances we cannot describe neither the near field nor the far field classically and need to introduce quantum mechanics to explain tunneling through the narrow gaps as has been reported. The quantum corrected model (QCM, that describes the dielectric interfase as an effective medium which turns out conductive as the gaps become too small) (ESTEBAN et al., 2012) offers an accurate description of this effect and allows us to open a new development of devices that can be applied in Raman Spectroscopy.