Estudio de los mecanismos con plasmones superficiales en interfaces de peliculas para el mejoramiento de la espectroscopia Raman (SERS)

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Resumen

The objective of the present work is to find possible mechanisms for the enhancement of Raman spectroscopy (SERS) through surface plasmons (SP) for the experimental Kretschman configuration. In the first step, a theoretical analysis of the presence of surface plasmons in the metal/dielectric interface was made based on the classical electromagnetic theory, providing minimum optical conditions to generate them; Subsequently, the excitation of (SP) in a stratified medium (prism, metal film and dielectric) was examined using the functions of reflectance and transmittance. It is shown that in the resonance condition (SPR) the intensity of the electric field (Ong et al., 2006) in the metal/dielectric interface increases considerably with respect to the incident intensity inside the prism when using metallic films of silver (Ag) and gold (au). Finally, Raman spectroscopy was studied, obtaining that the intensity of Raman scattering (Long, 2002) depends directly proportional to the amplitude of the oscillating dipoles, in turn these depend on the polarization tensor of the molecules (dielectric medium) and the electric field incident on them, which allowed deducing that the intensity Raman is increased if the intensity of the incident field is increased, and definitely this happens for SPR obtaining SERS. It is also important to highlight that the present work in favor of pedagogy and didactic was elaborated demonstrating in general each mathematical procedure with its physical analysis, deepens each one of the fundamental concepts, and this, with the so that future readers, both inexperienced and experts on the subject, obtain a compact theory, which allows them to lay foundations in the investigation of surface plasmons (SP) and their possible applications and theoretical developments.

Descripción

El objetivo del presente trabajo es hallar posibles mecanismos para el mejoramiento de la espectroscopía Raman (SERS) a través de plasmones superficiales (SP) para la configuración experimental Kretschman. En primera medida se hizo un análisis teórico de la presencia de plasmones superficiales en la interfase metal/dieléctrico con base en la teoría clásica electromagnética, proporcionando condiciones ópticas mínimas para generar estos; posteriormente se examinó la excitación de (SP) en un medio estratificado (prisma, película metálica y dieléctrico) mediante las funciones de reflectancia y transmitancia. Se muestra que en la condición de resonancia (SPR) la intensidad del campo eléctrico (Ong et al., 2006) en la interfase metal/dieléctrico aumenta considerablemente respecto a la intensidad incidente dentro del prisma al emplear películas metálicas de plata (Ag) y oro (Au). Finalmente se estudió la espectroscopía Raman, obteniendo que la intensidad de la dispersión Raman (Long, 2002) depende directamente proporcional a la amplitud de los dipolos oscilantes, a su vez estos dependen del tensor de polarización de las moléculas (medio dieléctrico) y del campo eléctrico incidente sobre estas, lo que permitió deducir que la intensidad Raman es aumentada si se aumenta la intensidad del campo incidente, y en definitivo esto ocurre para SPR obteniendo SERS. También es importante destacar que el presente trabajo en pro de la pedagogía y la didáctica se elaboró demostrando en general cada procedimiento matemático con su análisis físico, profundiza cada uno de los conceptos fundamentales, y esto, con el propósito de que los futuros lectores tanto inexpertos como expertos en el tema, obtengan una teoría compacta, que les permita sentar bases en la investigación de plasmones superficiales (SP) y sus posibles aplicaciones y desarrollos teóricos.

Palabras clave

Plasmónica, Plasmones superficiales, Kretschmann, Reflectancia, Transmitancia, Espectroscopía Raman, SERS

Materias

Licenciatura en Física - Tesis y disertaciones académicas , Plasmones (Física) , Transmisión de la luz , Ondas de plasma , Espectroscopia de Raman

Citación