Caracterización y modelaje teórico de la respuesta óptica de nanosistemas

Autor: Lorenzo Echeverria y José Luis Paz

Resumen:

En este trabajo se revisan diversos aspectos tanto teóricos como experimentales de nanosistemas, desde la perspectiva de su interacción con la radiación electromagnética. Se revisan las metodologías para la obtención de nanofluidos coloidales de diversos metales mediante la ablación láser y los parámetros de influencia que determinan las características morfológicas de estos sistemas. Posteriormente se describen las técnicas más empleadas en la caracterización morfológica y óptica de las nanopartículas (NPS) generadas. Es de especial interés el estudio de la interacción entre NPS y sistemas moleculares. Esto se debe a su posible aplicación como nanosensores en sistemas químicos y biológicos. Se puede estudiar la naturaleza de esta interacción mediante técnicas ópticas como la fluorescencia y la espectroscopía fototérmica. Los modelos teóricos convencionalmente utilizados para la descripción de las propiedades ópticas de NPS y que están basados en aproximaciones clásicas, han demostrado ser muy útiles en el modelaje de la respuesta óptica derivada de la resonancia plasmónica, originada por la interacción de las NPS con la luz. Pero los efectos de confinamiento electrónico que se producen a medida que estos sistemas se hacen más pequeños (< 25nm) conlleva al desarrollo de modelos cuánticos que puedan describir apropiadamente estos efectos. Se propone un modelo simple basado en el problema de la partícula en una caja bidimensional para la obtención de los momentos de transición en combinación con las ecuaciones de Bloch ópticas estocásticas (EBOE) y el formalismo de la matriz densidad, para calcular la coherencia para este modelo, a través del cual es posible realizar una descripción de las propiedades absortivas y dispersivas de estos sistemas.

Palabras claves:

nanopartículas, nanofluidos, resonancia plasmónica, partícula en una caja bidimensional, ecuaciones estocásticas de Bloch.

Abstract:

In this work several aspects theoretical and experimental of nanosystem are studied from the perspective of their interaction with electromagnetic radiation. We reviewed the methodologies for obtaining colloidals nanofluids of various metals by laser ablation and the influence of parameters that determine the morphological characteristics of these systems. Subsequently described techniques employed in the optical and morphological characterization of nanoparticles (NPS). Of particular interest is the study of interaction between NPS and molcular systems. This isdue to its possible application as nanosensors in chemical and biological systems. In order to evaluate the nature ofthis interaction, optical techniques such as fluorescense and phototermal spectroscopy are used. Theoretical models conventionally used to describe the optical properties of NPS, based on traditional approaches have proved be useful for modeling the optical response resulting ro the plasmonic resonance, caused by the interaction of light with NPS. But the effects of electronic confinement that occur in these systems become smaller (< 25 nm) leads to the development of quantum models that can properly describe thiese effects. We propose a simple model based on the problem of two-dimensional particle in a box to obtain the moments of transition in combination with the optical stochastic Bloch equations (EOBE) and the formalism of the density matrix to calculate coherence for this model, through which it is possible to make a description of the absortive and dispersive properties of these systems.

Keywords:

nanoparticles, nanofluids, plasmonic resonance, two-dimensional particle in a box, optical stochastic Bloch equations.