Harnessing Colloidal Plasmonic Metasurfaces For Advanced Optical Phenomena

Resum

L'objectiu d'aquesta tesi doctoral és el desenvolupament d'estratègies alternatives per a la construcció de metasuperfícies plasmòniques col·loïdals, la caracterització de les seves propietats òptiques mitjançant diverses tècniques experimentals i l'aplicació pràctica de les cavitats òptiques finals a l'àmbit de l'òptica no lineal. La creació de matrius plasmòniques finament sintonitzades requereix tècniques de fabricació escalables que combinin els avantatges dels enfocaments descendent i ascendent. Les tècniques d'autoassemblatge amb blocs de construcció col·loïdals ofereixen alternatives de baix cost a les tècniques descendents, proporcionant un enfocament global d'alt rendiment per a la implementació de metasuperfícies plasmòniques col·loïdals en una varietat de materials diferents. Els resultats obtinguts suggereixen que ara l'autoassemblatge és un mètode viable per a la fabricació de cavitats òptiques d'alta qualitat per a aplicacions òptiques avançades com el làser i la fluorescència excitada per dos fotons. A més, el creixement in situ, en què les estructures plasmòniques es formen directament sobre els substrats evitant els passos de síntesi per lots i autoassemblatge, s'ha desenvolupat com una alternativa interessant per aconseguir patrons nanomètrics sintonitzables. La prova de concepte presentada en aquesta tesi demostra la possibilitat de cultivar matrius plasmòniques que es comporten com a cavitats òptiques mitjançant creixement in situ directe, un resultat que mai abans no s'havia aconseguit._x000D_ _x000D_ El treball experimental de la tesi s'ha realitzat principalment a l'Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC), complementat amb un període de recerca de quatre mesos a la Universitat de Houston (Texas, EUA)._x000D_ _x000D_ Tot seguit es presenta un breu esquema de cada capítol._x000D_ El capítol introductori 1 proporciona el context essencial de la plasmònica i l'òptica no lineal (NL) en el marc d'aquesta tesi, amb un enfocament específic a dilucidar les característiques de les nanopartícules metàl·liques, les matrius de nanopartícules metàl·liques i les interaccions nanopartícules-moleculars per promoure els fenòmens òptics no lineals._x000D_ _x000D_ L'objectiu del capítol 2 és resumir i classificar els principis de l'assemblatge col·loïdal plasmònic, comparant diferents mètodes de fabricació i destacant-ne els emergents. En particular, l'atenció se centra en enfocaments alternatius que utilitzen litografia suau, inclòs l'autoassemblatge assistit per plantilles i l'estratègia més recent de "creixement in situ" per construir nanoestructures funcionals mitjançant la integració de la litografia de nanoempremta (NIL) i tècniques de contrast químic. La discussió se centra en l'ús de nanopartícules metàl·liques (NP) per crear les anomenades "metasuperfícies plasmòniques basades en col·loïdals"._x000D_ _x000D_ El capítol 3 presenta els resultats de caracterització òptica obtinguts en el context d'aquesta tesi. Es presenten algunes estratègies d'enginyeria per mostrar com es poden prendre diferents rutes per dissenyar una metasuperfície plasmònica col·loïdal. Aquests inclouen el canvi de l'índex de refracció de l'entorn, la morfologia de les unitats plasmòniques o el material del substrat, en fases de pre i post-muntatge._x000D_ _x000D_ Al capítol 4, la nostra investigació va aprofundir en les característiques de les metasuperfícies plasmòniques col·loïdals en la millora de diversos fenòmens òptics. Aquests incloïen l'emissió estimulant de làser en molècules de colorant comunes (Rodamina B), l'emissió excitada de dos fotons millorada en punts quàntics de nucli de closca i l'emissió quiral induïda en molècules emissores aquirals mitjançant acoblament ressonant amb col·loides disposats en matrius en forma quiral.

Data del Ajut	4 de juny 2024
Idioma original	Anglès
Supervisor	Leonardo Scarabelli (Director/a)