Espectroscopia ultra-rápida e estudos de dinâmica eletrônica em nano-estruturas plasmônicas

• Autor(a) principal: Mychel Gonçalves Silva
• Data de Publicação: 2019
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/40115
• topic: Nanobastões de ouro; Arranjos de nanocristais; Plasmônica; Espectroscopia resolvida no tempo; Elétrons quentes; Espectroscopia; Nanopartículas; Fotoluminescência

O estudo das dinâmicas de elétrons e plasmons excitados em nanomateriais apresentam bas- tante desafios experimentais devido aos tempos muito curtos (femtossegundos) envolvidos nos estágios iniciais da relaxação de energia. Nas últimas décadas os estudos destes processos em vários tipos de materiais estão sendo revisitados devido ao grande avanço no desenvolvimento de lasers de pulsos ultra-curtos e detetores sensíveis que permitem acesso a esses estágios iniciais de relaxação de energia. Nessa tese apresento resultados obtidos em nanopartículas metálicas: nanobastões de ouro, e arranjos de nanocristais de ouro em matriz orgânica, que permitiram estudos da dinâmica de elétrons fotoexcitados desde o início do processo de excitação até a ter- malização completa com a rede cristalina. Os elétrons de superfície em nanopartículas metálicas podem ser excitados de forma coerente por um campo elétrico externo, gerando oscilações co- letivas ou Plasmons de Superfície Localizados (LSP da sigla em inglês). A excitação dos LSP modificam as propriedades óticas do material como, por exemplo, a absorção e a emissão ótica que podem ser controladas ajustando o formato, tamanho e tipo de material da nanopartícula ou o ambiente que estão imersas. Os processos físicos envolvidos tanto na absorção quanto na emissão tem sido intensamente estudados desde a década de 70, e ainda tem-se várias per- guntas em aberto, devido a riqueza de fenômenos possíveis nessas nanopartículas. Além disto, a possibilidade de modificação das propriedades óticas tornam as nanopartículas ideais para aplicações em várias áreas como plasmônica, ótica não linear e aplicações biológicas. Apresen- tamos resultados para soluções coloidais de nanobastões de ouro que apresentam dois modos vibracionais de plasmons de superfície: o transversal e o longitudinal. Com o objetivo de com- preender a dinâmica eletrônica dos processo envolvidos na absorção ótica, utilizamos a técnica de espectroscopia de excitação e prova (em inglês pump probe) não degenerado e com o pulso de prova com banda larga (branco), que permitiram observar importantes variações na absorção resolvida no tempo em femtosegundos. Estudamos também os processos de emissão através de fotoluminescência por absorção de multi-fótons. Nos arranjos de nanocristais a absorção também é dominada pela ressonância plasmônica. Os resultados são descritos por um mo- delo semi-clássico de relaxação de energia por elétrons quentes considerando três temperaturas, temperatura dos elétrons, dos fônons e da rede. Em todos os nanomateriais estudados deter- minamos que os elétrons fora do equilíbrio térmico são importantes para a descrição completa dos processos físicos de relaxação de energia.