Characterization of magnetic-plasmonic compounds by means of raman spectroscopy

Zusammenfassung

Esta tesis está enfocada a la aplicación de la espectroscopia Raman para la caracterización de nuevos materiales y su uso en diversas aplicaciones basadas en la espectroscopia Raman amplificada en superficie (SERS). Como ventaja con respecto a otras técnicas, la espectroscopia Raman puede ofrecer información óptica, estructural, estequiometrica y magnética de los compuestos utilizando únicamente cantidades de muestra muy pequeñas (por debajo de un microgramo). Ésta es la motivación del trabajo aquí descrito, así como la intención de explorar nuevas aplicaciones de las propiedades magnéticas, tales como entrecruzamiento de spin (spin-crossover, SCO) y a través de ellos tener conocimiento del comportamiento dinámico. Los resultados se tratan en tres áreas diferentes según las propiedades analizadas. Así, el manuscrito está dividido en tres partes: La primera estudia las nanopartículas de magnetita y los sistemas híbridos de oro-magnetita; en la segunda parte se estudian los compuestos SCO [basados en Fe(II)]; para concluir con el estudio de nanohilos semiconductores de los grupos III-V funcionalizados con oro en la tercera parte. El nexo de unión entre las tres partes (bastante diferentes a primera vista) es la utilización de la espectroscopia Raman para su caracterización. De igual manera para cualquier sistema, la superficie y el material a su alrededor está diseñado para aumentar la información extraída de los espectros Raman en un único cristal, NPs aisladas o grupos de NP. Además de la introducción general de este resumen (o del Capítulo 1), podemos encontrar una introducción específica de cada sistema al principio de cada capítulo. De esta manera se tratan los detalles fundamentales y particulares de los diferentes materiales en estudio de manera que resulte más fácil de leer. En el Capítulo 2 se presentan los fundamentos y técnicas experimentales. Este incluye una descripción de cada técnica experimental utilizada. El magnetismo del óxido de hierro está descrito en el Capítulo 3}. Nos centramos en la magnetita por el enorme potencial de aplicaciones que se le atribuyen a este material. En el Capítulo 4 se compararon distintas rutas sintéticas en relación con compuestos magneto-plasmónicos basados en heteroestructuras híbridas de oro-magnetita. En resumen, se ha demostrado que la presencia de magnetita mejora las propiedades ópticas de la estructura híbrida, mientras que los grandes grupos plasmónicos podrían afectar a la respuesta magnética debido al diamagnetismo del oro. El fenómeno del entrecruzamiento de espín (SCO) se estudió por espectroscopia Raman en el Capítulo 5. Merece la pena mencionar la correlación entre los estados de espín y la señal Raman, que permitió identificar estados magnéticos de microscristales y NPs de compuestos de Fe(II). Para reproducir los resultados fiables de caracterizaciones magnéticas en sistemas diluidos, tales como SQUID, no se necesitó más de unos pocos mg. La reducción de la cantidad de material necesario posibilita las aplicaciones de estos compuestos en superficie, donde la transición SCO puede ser monitorizada por Raman localmente. Por último, el problema de la señal débil que normalmente obtenemos en nanohilos de semiconductores aislados se trata en el Capítulo 6}. Para ello, los nanohilos se funcionalizaron con nanopartículas de oro de tamaño y forma adecuados. En este capítulo se ofrece un breve resumen de la variedad de nanopartículas de oro disponibles, así como algunos detalles de las estrategias de funcionalización empleadas. A continuación, se discute la magnitud del incremento de señal Raman observado. De especial interés son las conclusiones sobre el papel que juega el substrato en el estudio de fonones ópticos en nanohilos aislados.