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Los nanocompuestos plasmónicos, materiales avanzados que integran nanopartículas metálicas en una matriz dieléctrica, han surgido como elementos clave en diversas tecnologías fotónicas. La capacidad de controlar en tiempo real las propiedades ópticas de estos nanocompuestos es de suma importancia para aplicaciones como la detección, la recolección de energía, la codificación de colores y la electrónica.

Las propiedades de los nanocompuestos plasmónicos dependen de varios factores, incluyendo la composición y el tamaño, forma y concentración de las nanopartículas con que son fabricados, con un potencial de diseño prácticamente ilimitado.

También se sabe que las propiedades del nanocompuesto cambian con la profundidad a la que se implantan las nanopartículas, porque si se implantan a suficiente profundidad, la luz se refleja parcialmente en las interfaces superior e inferior de las nanopartículas implantadas chocando entre sí sucesivamente y produciendo fenómenos de interferencia que modifican sus propiedades ópticas.

Este fenómeno se conoce como interferencia de Fabry-Perot.

La profundidad a la que se han implantado las nanopartículas de oro en el vidrio permite que se forme una cavidad Fabry-Perot que favorece la reflexión de un color en particular y evita su transmisión a través él. 

El estudio se llevó a cabo en varias etapas. Primero, se implantaron iones Au2+ de 1.8 MeV en muestras comerciales de vidrio (1 cm2) utilizando el acelerador lineal tándem de 5 MV del CMAM. Se utilizaron fluencias de implantación de 1⋅1015 y 1⋅1016 iones por cm2 para asegurar la formación de nanopartículas de oro. Posteriormente, las muestras implantadas se sometieron a un recocido térmico a 500°C durante 5 horas para promover la agrupación de las nanopartículas de oro. Tras el recocido, se estudiaron las muestras utilizando diversas técnicas, incluyendo espectrometría de retrodispersión de Rutherford para determinar la distribución de profundidad de las nanopartículas, microscopía electrónica de transmisión para ver la forma que tenían y espectroscopia óptica para analizar las propiedades de transmisión y reflexión del material. Finalmente, se utilizó un láser de femtosegundos de zafiro y titanio del IO-CSIC para irradiar las muestras y modificar sus propiedades ópticas. Se exploraron diferentes regímenes de irradiación, incluyendo irradiación de pulso único por encima y por debajo del umbral de ablación, así como irradiación de pulsos múltiples a fluencias moderadas. Tras el tratamiento del láser de femtosegundos se produjeron cambios en la coloración de la muestra, la topografía y en sus propiedades ópticas.

Tras los resultados de este trabajo el equipo tiene la intención de probar esta nueva técnica de fabricación de nanocompuestos con otros materiales diferentes del vidrio (con diferentes índices de refracción) y en otras condiciones de implantación de dopantes.

Artículo: Irene Solana, María Dolores Ynsa, Fátima Cabello, Fernando Chacón Sánchez, Jan Siegel, Mario García Lechuga. “Optoplasmonic tuneable response by femtosecond laser irradiation of glass with deep-implanted gold nanoparticles”. Materials Today Nano 28 (2024) 100526