nanoantenas metálicas como sensores...
TRANSCRIPT
Nanoantenas metálicascomo sensores
molecularesJOSE A. SANCHEZ GIL
Instituto de Estructura de la Materia, CSIC, Madrid
Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 1/46
ÍndiceIntroduccion:
- Antenas
- Espectro Electromagnetico
Miniaturizacion ⇒ Micro-antenas
⇓
NANO-ANTENAS ⇒ SENSORES MOLECULARES
Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 2/46
AntenasUna antena es un dispositivo disenado con el objetivo de
emitir o recibir ondas electromagneticas hacia el espacio
libre. Una antena transmisora transforma corrientes
electricas en ondas electromagneticas, y una receptora
realiza la funcion inversa...
Fuente: wikipedia
Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 3/46
...AntenasRadio
Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 4/46
...AntenasRadar
Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 5/46
...AntenasTV
Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 6/46
...AntenasMoviles
Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 7/46
...AntenasParabolicas
Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 8/46
...AntenasYagi
Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 9/46
...AntenasAnimales
Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 10/46
...AntenasReales
Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 11/46
Ondas. . .Una onda es una propagacion de una perturbacion de alguna
propiedad de un medio: olas, acusticas, sısmicas, electromagneticas,...
Onda longitudinal
Enrarecimiento
Amplitud
Cresta
Compresion
Valle
Onda transversal
Longitud de onda
Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 12/46
Ondaselectromagnéticas
Transversales: Campo electrico y magnetico ⊥ k
No necesitan un medio material de propagacion:
vacıo,. . .
Energıa ∝ ω, Momento ∝ k = 2πλ
Velocidad (fase): c = ω/k
Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 13/46
Antenas
Antena lineal Media Onda
I ∼ sin{
k(
d2− |z|
)}
e−iωt kd = π, d = λ/2 (k = ω/c =2π
λ)
Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 14/46
Espectroelectromagnético
E = hω, k = ωc= 2π
λ
Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 15/46
...Antenas. . . Tamano importa
Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 16/46
...Antenas
Metro cm mm µm,nm
??
Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 17/46
ÍndiceIntroduccion:
- Antenas
- Espectro Electromagnetico
Miniaturizacion ⇒ Micro-antenas
⇓
NANO-ANTENAS ⇒ SENSORES MOLECULARES
Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 18/46
Espectroelectromagnético
Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 19/46
Antenas THzTHz
Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 20/46
Micro-AntenasIR
J. Alda et al, Nanotechnology 2005
Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 21/46
Nano-AntenasLuz
??
Reto tecnologico. . . y cientıfico
Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 22/46
ÍndiceIntroduccion:
- Antenas
- Espectro Electromagnetico
Miniaturizacion ⇒ Micro-antenas
⇓
NANO-ANTENAS ⇒ SENSORES MOLECULARES
Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 23/46
∼Antenas...antennas are widely employed to convert electromagnetic
radiation into localized energy and vice versa.
. . .
Una antena es un dispositivo disenado para convertir
radiacion electromagnetica en energıa localizada y
viceversa...
Fuente: L. Novotny, PRL 2007
Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 24/46
Nano-antenasAntenas: Radio ⇐⇒ Opticas
The end of a coaxial wire (A) is a source of radio waves. Con-
necting the wire to an antena (B) amplifies the radio emission
and modifies its direction. Light emission can be modified in
a similar way by placing a light source such as an atom (C)
between two rods (D). In (C), the photon is emitted in almost
any direction, whereas in (D), the emission direction is concen-
trated in directions perpendicular to the antena
J. J. Greffet, Science 2005
Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 25/46
Nano-antenas
NO 6⇒ Antena convencional para emitir/recibir luz codificada:
Comunicaciones opticas (fibras opticas, guıas de onda,
etc.)
Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 26/46
Nano-antenas
NO 6⇒ Antena convencional para emitir/recibir luz codificada:
Comunicaciones opticas (fibras opticas, guıas de onda,
etc.)
SI ⇒ Controlar (amplificar, dirigir, etc.) emision de luz
Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 26/46
Nano-antenas
Respuesta de los metales a la radiacion visible (luz):
Plasmones
Procesos de emision (espontanea) de luz
Modificacion de la emision debida a las nanoantenas:
efecto Purcell & SERS
Nano-estructuras
Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 27/46
Nano-antenas
Respuesta de los metales a la radiacion visible (luz):
Plasmones
Procesos de emision (espontanea) de luz.
Modificacion de la emision debida a las nanoantenas:
efecto Purcell & SERS
Nano-estructuras
Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 28/46
PlasmonesTeorıa Drude de Metales: Modelo electrones libres
ǫ(ω) = 1−ω2
p
ω(ω+ıγ) , ωp ≡frecuencia plasma
ω < ωp, Opaco; ω > ωp, Transparente
ω = ωp, Oscilaciones densidad-carga: Plasmones
Plasmones Superficiales
|H (z)|yy
x
z
xk
E
H
SPP
dielectric
metal
Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 29/46
Metales: Plasmones
Scattering MIE (Esfera, Cilindro)
Nanopartıcula =⇒ DipoloRESONANCIA PLASMON
Sonnichsen et al, PRL (2002)
Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 30/46
Colloides MetálicosCOPA LICURGUS
Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 31/46
Nano-antenas
Respuesta de los metales a la radiacion visible (luz):
Plasmones
Procesos de emision (espontanea) de luz.
Modificacion de la emision debida a las nanoantenas:
efecto Purcell & SERS
Nano-estructuras
Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 32/46
Emisiónespontánea
Emision espontanea: η0 Efecto Purcell: EM-LDOS
I ∼ η0∗EM-LDOS
EM-LDOS ⇒ densidad local estados EM
Atomos, Moleculas, puntos cuanticos, . . .
Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 33/46
Luminiscencia
MOLECULAS PUNTOS CUANTICOS . . .
colorantes Porous Si
Medusa, Cangrejo CdSe QDsSemana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 34/46
Nano-antenas
Respuesta de los metales a la radiacion visible (luz):
Plasmones
Procesos de emision (espontanea) de luz.
Modificacion de la emision debida a las nanoantenas:
efecto Purcell & SERS
Nano-estructuras
Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 35/46
Nano-antenas
Nano-pajarita (Bowtie) Nano-estrellas Nano-arroz
Fromm et al, NanoLett. 2004 Nehl et al, NanoLett. 2006 Wiley et al, NanoLett. 2007
. . .
Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 36/46
Nano-antenas
Muhschlegel et al, Science 2005 Greffet, Science 2005
Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 37/46
Nanorectángulos:∼ λ/2-antena
Antena ∼ 100 nanometros!!
Aislado Dımero
(b)
(b) 0 1 2
Giannini & Sanchez-Gil, JOSA A (2007)Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 38/46
Nanoantena:Fluorescencia
Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 39/46
Nanoantena:Fluorescencia
Imagen Confocal Calculos
−300 −200 −100 0 100 200 300−100
−50
0
50
100
−300 −200 −100 0 100 200 300−100
−50
0
50
100
5
5.5
6
6.5
7
7.5
8
8.5
Muskens, Giannini, Sanchez-Gil, Gomez Rivas, Nano Lett. 2007
Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 40/46
Nanoantenas:SERS
Surface-enhanced Raman scattering
Raman Espectros: SERS
HUELLA MOLECULAR
Sanchez-Cortes et al Haynes, McFarland, van Duyne, Anal. Chem. 2005
Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 41/46
RESUMENNano-Ciencia/Nano-Tecnologıa
Nano-Optica/Metales...
Nanoantenas: diseno de nanoestructuras
Nanolitografıa
Nano-Quımica
(Bio)molecular Sensing
Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 42/46
Quiénes??
Lorena Roldan
Ramon Paniagua
Jose A Sanchez GilFernando Lopez−TejeiraVincenzo GianniniRogelio Rodriguez
Jose V. Garcia RamosRaquel de LlanosIrene Izquierdo
INSTITUTO DE ESTRUCTURA DE LA MATERIA
Grupo: Espectroscopia de Superficies
Concha DomingoSantiago Sanchez Cortes
Sagrario MartinezPaz Sevilla
Lorena Roldan
Raquel de LlanosIrene IzquierdoElena del Puerto
Fotonica de Plasmones Surperficiales&
Ramon Paniagua
Jose A Sanchez GilFernando Lopez−TejeiraVincenzo GianniniRogelio Rodriguez
Jose V. Garcia Ramos
Jaime Gomez Rivas
(AMOLF/Philips, The Netherlands)Otto Muskens
Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 43/46
Foto grupo??
Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 44/46
AgradecimientosMICINN, Comunidad de Madrid & CSIC
UNION EUROPEA
FONDO SOCIAL EUROPEO
NANOPLAS
Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 45/46
Gracias
Semana de la Ciencia, Noviembre 2010 – p. 46/46