Estudo dos efeitos plasmónicos em sistemas híbridos de nanopartículas metálicas (Au, Ag)-GaN

• Autor(a) principal: Carvalho, Diogo Fernando Roque
• Data de Publicação: 2021
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10773/32258
• topic: Nanopartículas metálicas; Fenómenos plasmónicos; Aproximação dipolar discreta; Software HFSS; Síntese química; GaN; Fotoluminescência

Neste trabalho foram estudados fenómenos plasmónicos em sistemas híbridos obtidos pela deposição de nanopartículas (NPs) metálicas de ouro ou prata, de diferentes tamanhos e formas, sobre filmes de nitreto de gálio (GaN) do tipo n e do tipo p. O principal objetivo foi estudar os mecanismos de interação entre as NPs metálicas e o semicondutor GaN, monitorizando as alterações nas bandas de fotoluminescência do GaN, cujo processo de excitação ou de emissão fosse mediado pela resposta ótica das NPs sobre os filmes de GaN. As NPs metálicas foram sintetizadas por processos químicos em fase de solução e foram depositadas sobre os filmes de GaN através de dois métodos distintos: por drop casting e por funcionalização da superfície do GaN com moléculas de APTES ou de PDT. Para interpretar o comportamento das NPs metálicas sintetizadas e o efeito da sua deposição sobre os filmes de GaN nas propriedades óticas das mesmas, foi realizado um estudo detalhado das suas propriedades óticas variando o tamanho, a forma e o meio dielétrico envolvente das NPs. Para tal, foram implementadas uma série de simulações teóricas para descrever essas propriedades óticas que envolveram: a teoria de Mie, para NPs esféricas; a teoria de Rayleigh, para NPs esféricas de pequenas dimensões; a teoria de Mie-Gans, para NPs elipsoidais de pequenas dimensões; o modelo empírico de Kuwata, para NPs elipsoidais; e a aproximação dipolar discreta (DDA), para o estudo da interação entre um conjunto de NPs. Foi ainda estudado o efeito da presença de um substrato de GaN na proximidade de uma NP metálica, utilizando o método de imagem. Para sistemas mais complexos (para os quais não existe uma solução analítica) foram ainda utilizados métodos numéricos, através do software HFSS, nomeadamente para simular as propriedades óticas de NPs alongadas (nanorods). Estas simulações foram essenciais na identificação dos mecanismos plasmónicos de interação entre as NPs e o GaN. O estudo efetuado, combinando a simulação teórica e numérica, as propriedades morfológicas/topográficas das NPs-GaN e a espetroscopia de transmitância e de fotoluminescência, revelou que, nas amostras preparadas, os principais mecanismos de interação NP-GaN presentes foram a interação eletrostática não-ressonante e a transferência de eletrões através da interface entre as NPs metálicas e o GaN.