plasmón de superficie localizado

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 debido a 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 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 se intensifican enormemente 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 puede relacionarse con la constante dieléctrica del metal. ^{[ 1 ]} La mejora disminuye rápidamente con la distancia a la superficie y, para nanopartículas de metales nobles , la resonancia ocurre en longitudes de onda visibles. ^{[ 2 ]} La resonancia de plasmones de superficie localizada crea colores brillantes en soluciones coloidales de metales. ^{[ 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 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 puede cambiar fácilmente. ^{[ 2 ]} Por ejemplo, la longitud de onda de absorción máxima de nanopartículas triangulares de plata se alteró cambiando la agudeza de las esquinas de los triángulos. Experimentó un desplazamiento hacia el azul a medida que disminuía la agudeza 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 agregó una mayor cantidad de HAuCl _{4 y aumentó la porosidad de las partículas.} ^{[ 3 ]} Para nanopartículas semiconductoras, la absorción óptica máxima suele estar en la región del infrarrojo cercano y medio. ^{[ 5 ] [ 6 ]}

Los plasmones de superficie localizados se distinguen de los plasmones de superficie propagantes. En los plasmones de superficie localizados, la nube de electrones oscila colectivamente. En los plasmones de superficie propagantes, el plasmón de superficie se propaga de un extremo a otro de la estructura. Los plasmones de superficie propagantes también deben tener al menos una dimensión cercana o mayor que la longitud de onda de la luz incidente . Las ondas creadas en los plasmones de superficie propagantes 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 nanoescala, por lo que su caracterización es fundamental. Algunas técnicas frecuentemente utilizadas para caracterizar los plasmones de superficie son la microscopía de campo oscuro , la espectroscopía UV-Vis-NIR y la espectroscopía Raman intensificada por superficie (SERS). ^{[ 2 ]} Mediante la microscopía de campo oscuro, es posible monitorizar el espectro de una nanoestructura metálica individual a medida que se modifica la polarización de la luz incidente, la longitud de onda o las variaciones en el entorno dieléctrico . ^{[ 7 ]}

La frecuencia de resonancia del plasmón es altamente sensible al índice de refracción del entorno; un cambio en el índice de refracción produce 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 y las nanocajas de oro , podrían mejorar la señal en la detección de resonancia de plasmón superficial. ^{[ 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 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 logrado aplicaciones de alta eficiencia que utilicen plasmónica debido a las altas pérdidas óhmicas dentro de los metales, especialmente en el rango espectral óptico (visible e infrarrojo cercano ). ^{[ 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, se acopló un cromóforo supramolecular con una nanoestructura metálica. Esta interacción cambió las propiedades de resonancia de plasmones de superficie localizados de la nanoestructura de plata al aumentar la intensidad de absorción. ^{[ 17 ]}  

• Resonancia de plasmones superficiales
• Espectroscopia Raman intensificada por superficie
• Nanopartícula
• Espectroscopia Raman potenciada por punta