Esquema que muestra la técnica de resonancia fototérmica inducida (PTIR), que combina la resolución lateral de la microscopía de fuerza atómica (AFM) con la especificidad química de la espectroscopía IR. Un sintonizable en longitud de onda, El láser IR pulsado (violeta) ilumina una muestra que consta de resonadores de oro plasmónico de abajo. La expansión térmica resultante de la muestra es detectada localmente por la punta en voladizo del AFM, que se supervisa reflejando un láser (azul) en la parte posterior del voladizo.
Investigadores del NIST Center for Nanoscale Science and Technology (CNST) y la Universidad de Maryland han utilizado por primera vez la resonancia fototérmica inducida (PTIR) para caracterizar nanomateriales plasmónicos individuales con el fin de obtener mapas de absorción y espectros con resolución de escala nanométrica. La nanoestructuración de materiales plasmónicos permite la ingeniería de su respuesta óptica resonante y crea nuevas oportunidades para aplicaciones que se benefician de interacciones mejoradas entre luz y materia. incluida la detección, fotovoltaica, fotocatálisis, y terapéutica.
El progreso en nanotecnología a menudo es posible gracias a la disponibilidad de métodos de medición para caracterizar materiales a escalas de longitud apropiadamente pequeñas. Midiendo la absorción de infrarrojos a nanoescala, PTIR proporciona información que de otro modo no está disponible para caracterizar y diseñar materiales plasmónicos. PTIR mide la absorción de luz en un material utilizando un láser sintonizable en longitud de onda y una punta afilada en contacto con la muestra como detector local. A diferencia de muchos otros métodos que utilizan puntas a nanoescala para sondear materiales, en PTIR, la punta es pasiva y no interfiere con la medición. Como consecuencia, La absorción de luz en la muestra se puede medir directamente sin necesidad de un modelo de la punta o conocimiento previo de la muestra.
Los investigadores recopilaron información de absorción a nanoescala de dos maneras:primero, mapeando la absorción de infrarrojos mientras se escanea una punta en una muestra bajo iluminación de longitud de onda constante; y segundo, midiendo espectros de absorción específicos de la ubicación mientras barre un láser a través de un rango de longitudes de onda infrarrojas. Usando láseres sintonizables que brindan a los usuarios de las instalaciones CNST la capacidad de variar las longitudes de onda de 1,55 µm a 16,00 µm, los investigadores adquirieron los espectros de absorción infrarroja a nanoescala de los resonadores de oro, la primera medida de este tipo de cualquier nanomaterial plasmónico. Aunque las imágenes de absorción permiten una visualización inmediata y se pueden medir con otras técnicas, los espectros PTIR proporcionan la información necesaria para interpretar las imágenes y guiar los experimentos.
Materiales plasmónicos como el oro, que tienen una gran conductividad térmica y coeficientes de expansión térmica relativamente pequeños, Anteriormente se pensaba que era un desafío medir con PTIR porque la técnica se basa en la expansión térmica de la muestra para medir la absorción de luz. Según Andrea Centrone, Líder de Proyecto en el Grupo de Investigación de Energía, "Demostramos que la caracterización PTIR no solo es aplicable a aisladores y semiconductores, como se demostró anteriormente, pero que los metales también le son susceptibles. Este es un importante paso adelante para aplicar la técnica PTIR a una variedad más amplia de dispositivos funcionales ".
