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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/3555| Coloración plasmónica sobre arreglos desordenados de nanopartículas: una aproximación numérica Plasmonic colour generation on random surface arrays of nanoparticles: a numerical approach | |
| María Fernanda Ortega Paéz | |
| Víctor Manuel Coello Cárdenas RENE ISRAEL RODRIGUEZ BELTRAN | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| color plasmónico, procesamiento de materiales, láser pulsado de femtosegundos, Microscopia de Luminiscencia de Dos Fotones, modelo vectorial de múltiple esparcimiento Plasmonic colour, material processing, ultrashort pulse laser, two-photon luminescence microscopy, multiple scattering vectorial model | |
| Los colores plasmónicos son el resultado de resonancias electromagnéticas colectivas que suceden, generalmente, cuando la luz interacciona con superficies metálicas nanoestructuradas. Su tonalidad es dependiente de las propiedades ópticas de la interfaz metal-dieléctrica, así como de la geometría de las nanoestructuras. Un método nuevo y prometedor, para la producción de estos, es el tratamiento superficial usando irradiación láser de pulsos ultracortos. Este método constituye una alternativa de bajo costo para la modificación de materiales mediante el intercambio térmico. Sin embargo, el diseño e implementación de estas investigaciones aún pasa por aspectos de fundamento físico que deben ser estudiados. El objetivo principal de este proyecto es estudiar de manera experimental y teórica la generación de coloreado plasmónico en arreglos aleatorios de nanopartículas y proponer diseños óptimos para su fabricación. Las nanopartículas, de forma esférica, son colocadas sobre una película delgada de oro y su densidad puede ser modificada a través de irradiación láser. Lo anterior permite la generación de distintos colores plasmónicos sobre una misma muestra. Experimentalmente se utilizó un láser pulsado de Titanio Zafiro, incorporado a un microscopio de barrido de luminiscencia de dos fotones (TPL, por las siglas en inglés de Two Photon Luminescense), para establecer el rango óptimo de la potencia incidente en la modificación láser. La caracterización óptica de las estructuras modificadas se llevó a cabo mediante la microscopia TPL. El análisis numérico se realizó usando un modelo vectorial de múltiple esparcimiento para estudiar la excitación y los efectos de esparcimiento del plasmón polaritón de superficie en superficies nanoestructuradas. Se simularon imágenes del primer armónico que toman en cuenta la reflexión de la superficie metálica y la respuesta plasmónica de las nanoestructuras. A partir de los resultados numéricos se generaron espectros de reflectancia de distintitas superficies con variaciones en la densidad y tamaño de las nanopartículas. Los resultados se usaron para calcular las coordenadas cromáticas dentro del espacio de color CIE XY. Finalmente, se asoció un color a la respuesta espectral de las superficies simuladas. Los resultados de esta investigación abren espacio a una nueva técnica de análisis numérico que facilita el diseño de nanoestructuras para impresión de colores plasmónicos por irradiación láser. El estudio realizado cumple con... Plasmonic colors result from collective resonant interactions between light and nanostructured metallic surfaces. Their tonality is highly dependent on the optical properties of the metal-dielectric interface as well as the geometry of the nanostructures where they are generated. A promising novel method for producing them is surface treatment via ultrashort pulse laser irradiation. This method constitutes a lowcost alternative for modifying materials through thermal treatment and avoids contamination by manufacturing process as well as it provides high energy performances. However, both, the design and implementation of such an investigation still go through fundamental aspects that must be studied. The main objective of this project is to experimentally and theoretically study the generation of plasmonic coloration in random arrays of nanoparticles as well as to propose optimal designs for their fabrication. The nanoparticles, which maintain a spherical shape, are placed on a thin gold film and their average density can be modified through laser irradiation. This allows the generation of different plasmonic colors on the same sample. Experimentally, a pulsed Titanium Sapphire laser (750-840 nm, <15 fs,> 1.4 W, 80-95 MHz) incorporated into a scanning two-photon luminescence (TPL) microscope was used to establish the optimal range of the incident power for laser modification. The optical characterization of the modified structures was carried out by using TPL microscopy. Numerical analysis was performed using a multiple scattering vectorial model via surface plasmon polariton interactions due to surface nanoparticles to simulate the excitation and scattering effects of Surface Plasmon Polariton on the nanostructured surfaces. First harmonic images were simulated which consider the reflection of the metal surface and the plasmonic response of the nanostructures. From the numerical results, reflectance spectra of different surfaces with variations in the density and size of the nanoparticles were generated. The results were used to calculate the chromatic coordinates within the CIE XY color space. Finally, a color was associated with the spectral response of the simulated surfaces. The results of this research open avenues for a new numerical analysis technique that facilitates the design of nanostructures for printing plasmonic colors by laser irradiation. The study carried out accomplishes relevant aspects of nowadays investigation of plasmonic colors such | |
| CICESE | |
| 2021 | |
| Tesis de maestría | |
| Español | |
| Ortega Páez, M.F. 2021. Coloración plasmónica sobre arreglos desordenados de nanopartículas: una aproximación numérica. Tesis de Maestría en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 85 pp. | |
| PROPIEDADES DE LOS MATERIALES | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Nanociencias |
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| tesis_María Fernanda Ortega Páez_19 abril 2021BIB.pdf | Versión completa de la tesis | 4.23 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |