Sensores plasmónicos a alta presión: propiedades ópticas y mecánicas de nanopartículas de oro bajo condiciones extremas

Abstract

RESUMEN Esta Tesis tiene como objetivo desentrañar el comportamiento plasmónico y mecánico de las nanopartículas de oro a alta presión y explorar sus capacidades de detección en condiciones extremas. Para lograr este objetivo, hemos utilizado varios sistemas de nanopartículas con diferente forma (nanoesferas y nanobarras) y tamaño, dispersadas coloidalmente en solventes, tales como mezclas de metanol-etanol o agua. Estudiando el comportamiento espectroscópico de las nanopartículas bajo presión, hemos demostrado que los desplazamientos de la resonancia plasmónica superficial inducidos por presión permiten obtener información mecánica y óptica acerca de las nanopartículas y el medio que las rodea. Particularmente, demostramos que podemos obtener el módulo de compresibilidad de las nanopartículas de oro y determinar el índice de refracción del solvente en el que estas se encuentran inmersas, así como su dependencia con la presión. Finalmente, desarrollamos una nueva metodología experimental que permite obtener información fiable sobre la ecuación de estado del oro en la nanoescala. Esta metodología se basa en la combinación de diferentes técnicas experimentales tales como la difracción de rayos x, la dispersión de rayos x a bajo ángulo, y la microscopía electrónica de transmisión.

ABSTRACT This Thesis aims to unveil the plasmonic and mechanical behavior of gold nanoparticles at high pressure, and to explore its sensing capabilities under extreme conditions. To achieve this goal, we have used several systems of nanoparticles with different shape (nanospheres and nanorods) and size, colloidally dispersed in solvents such as methanol-ethanol mixtures or water. Analyzing the spectroscopic behavior of nanoparticles under pressure, we have shown that the surface plasmon resonance shifts with pressure allow us to obtain mechanical and optical information about the nanoparticles and the medium that surrounds them. In particular, we demonstrate that we can obtain the bulk modulus of gold nanoparticles and determine the refractive index of the solvent in which they are immersed, as well as its pressure dependence. Finally, we developed a new experimental methodology that allows us to obtain reliable information on the gold equation of state at the nanoscale. This methodology is based on the combination of different experimental techniques such as x-ray diffraction, small-angle x-ray scattering, and transmission electron microscopy.