Estudio del comportamiento plasmónico de partículas tipo core-shell metal-PCM

Abstract

El campo de la nanoplasmónica ha avanzado significativamente en los últimos años debido a su capacidad para manipular la luz a través de partículas a escala nanométrica. Estas partículas pueden intensificar o confinar el campo electromagnético cuando son iluminadas, un fenómeno conocido como resonancia plasmónica superficial localizada (LSPR), que se origina por la oscilación coherente de los electrones en la superficie de las partículas. Este trabajo se dedicará al análisis computacional de partículas plasmónicas, con un enfoque particular en aquellas de tipo core-shell. Las partículas core-shell son nanopartículas que consisten en un núcleo (core) hecho de un material, generalmente metálico, rodeado por una capa externa (shell) de otro material. Esta estructura permite modificar las propiedades ópticas y plasmónicas de las partículas, como la resonancia plasmónica superficial localizada (LSPR), ajustando las propiedades del núcleo, la capa, o ambos. En particular, en este trabajo se estudiarán partículas core-shell con core metálico y shell de material de cambio de fase. Estos materiales se caracterizan por cambiar entre una fase amorfa y una fase cristalina de forma reversible y rápida, típicamente en escalas de tiempo del orden de nanosegundos. Este cambio de fase viene acompañado de una alteración significativa en sus propiedades ópticas y eléctricas, como el índice de refracción y la conductividad. Esto hace que el sistema core-shell estudiado en el trabajo pueda modificar la posición de las resonancias plasmónicas mediante el cambio de fase de la shell. La respuesta plasmónica de estas partículas se ha hecho de manera computacional utilizando la teoría de Mie. Mediante este método, se ha analizado como la LSPR se las partículas core-shell formadas por diferentes metales y PCMs es modificada al cambiar propiedades de la shell.

The field of nanoplasmonics, has advanced significantly in recent years due to its ability to manipulate light through nanoscale particles. These particles can intensify or confine the electromagnetic field when illuminated, a phenomenon known as localized surface plasmon resonance (LSPR), which arises from the coherent oscillation of electrons on the surface of the particles. This work will focus on the computational analysis of plasmonic particles, with a particular emphasis on core-shell particles. Core-shell particles are nanoparticles consisting of a core made of one material, typically metallic, surrounded by an outer layer (shell) of another material. This structure allows the optical and plasmonic properties of the particles, such as LSPR, to be tuned by adjusting the properties of the core, the shell, or both. In particular, this work will study core-shell particles with a metallic core and a shell made of phasechange material. These materials are characterized by their ability to switch between an amorphous phase and a crystalline phase in a reversible and rapid manner, typically within timescales on the order of nanoseconds. This phase change is accompanied by significant alterations in their optical and electrical properties, such as the refractive index and conductivity. This allows the core-shell system studied in this work to modify the position of plasmonic resonances through the phase change of the shell. The plasmonic response of these particles has been computed using Mie theory. Through this method, it has been analyzed how the LSPR of core-shell particles composed of different metals and PCMs is modified by changing the properties of the shell.