Grupo de Nanofotonica

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    Nanopartículas metálicas para remediación de aguas con arsénico
    (2023-05-03) Miralles, Bernabé; Paredes, María Yanela; Scarpettini, Alberto Franco
    La exposición prolongada al arsénico presente en aguas naturales provoca enfermedades crónicas en la población. La remoción de este metaloide de forma rápida y eficiente es uno de los mayores desafíos de hoy. En este trabajo proponemos nanoestructuras híbridas plasmónicas y magnéticas para la remediación de aguas con arsénico utilizando la luz solar. Con este objetivo, se sintetizaron nanopartículas esféricas de diferentes metales de transición, de alrededor de 15 nm de diámetro y baja dispersión en tamaño. Se las utilizaron como nanocatalizadores en la oxidación del arsénico a una especie menos nociva. Al iluminar la muestra se excitan resonancias de plasmones superficiales en la superficie de las nanopartículas, incrementando su temperatura y generando portadores de carga altamente energéticos, factores que contribuyen a acelerar la reacción. Se comparó la velocidad de reacción y la eficiencia de conversión de As(III) a As(V) bajo diferentes condiciones: catálisis heterogénea, con temperatura y con irradiación. Se separaron y analizaron las diferentes contribuciones a la catálisis para elegir el material plasmónico más eficiente, que soportado sobre núcleos de magnetita constituye un nanosistema completo para la oxidación y adsorción del arsénico, y su remoción de forma magnética.
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    Kinetic and plasmonic properties of gold nanorods adsorbed on glass substrates
    (2019-10-24) Gutiérrez, Marina V.; Scarpettini, Alberto Franco
    Monodisperse gold nanorods with different sizes were synthesized and adsorbed on chemically modified glass substrates. Influence of surfactant molar concentration on nanorod adsorption was studied and the optimum range was determined. During substrate coverages we monitored the growth of longitudinal localized surface plasmon resonances at short times due to density increase of isolated nanorods and, at longer times, their subsequent decrease and a concurrent growth of coupling resonances owing to nanoparticle surface mobility and aggregation. Temporal evolution of amplitudes of resonance peaks in extinction spectra and nanorod counting statistics in electron micrographs were used to model both coverage and aggregation processes, as exponentiallike functions of time. Their characteristic times and saturation values were analyzed and related to kinetic parameters, nanorod dimensions and extinction coefficients. This work can be used as a predictive tool to prepare plasmonic substrates with desired optical resonances.
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    Determination of nanoscale mechanical properties of polymers via plasmonic nanoantennas
    (2020-06-02) Boggiano, Hilario D.; Berté, Rodrigo; Cortés, Emiliano; Maier, Stefan A.; Bragas, Andrea V.; Scarpettini, Alberto Franco
    Nanotechnology and the consequent emergence of miniaturized devices are driving the need to improve our understanding of the mechanical properties of a myriad of materials. Here we focus on amorphous polymeric materials and introduce a new way to determine the nanoscale mechanical response of polymeric thin films in the GHz range, using ultrafast optical means. Coupling of the films to plasmonic nanoantennas excited at their vibrational eigenfrequencies allows the extraction of the values of the mechanical moduli as well as the estimation of the glass transition temperature via time-domain measurements, here demonstrated for PMMA films. This nanoscale method can be extended to the determination of mechanical and elastic properties of a wide range of spatially strongly confined materials.
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    Challenges on optical printing of colloidal nanoparticles.
    (2022-01-18) Violi, Ianina L.; Martínez, Luciana P.; Barella, Mariano; Zaza, Cecilia; Chvátal, Lukás; Zemánek, Pavel; Gutiérrez, Marina V.; Paredes, María Yanela; Scarpettini, Alberto Franco; Olmos-Trigo, Jorge; Pais, Valeria R.; Díaz Nóblega, Iván; Cortés, Emiliano; Sáenz, Juan José; Bragas, Andrea V.; Gargiulo, Julián; Stefani, Fernando D.
    While colloidal chemistry provides ways to obtain a great variety of nanoparticles with different shapes, sizes, material compositions, and surface functions, their controlled deposition and combination on arbitrary positions of substrates remain a considerable challenge. Over the last ten years, optical printing arose as a versatile method to achieve this purpose for different kinds of nanoparticles. In this article, we review the state of the art of optical printing of single nanoparticles and discuss its strengths, limitations, and future perspectives by focusing on four main challenges: printing accuracy, resolution, selectivity, and nanoparticle photostability.
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    Nanoestructuras plasmónicas y magnéticas como fotocatalizadores en la oxidación de arsénico y su remoción del agua
    (2022-10-03) Paredes, María Yanela; Scarpettini, Alberto Franco
    Desarrollamos un protocolo de síntesis de nanoestructuras catalíticas bifuncionales, con propiedades plasmónicas y magnéticas, conformadas por nanoesferas de oro adsorbidas sobre un núcleo magnético de Fe3O4, para ser utilizadas en la remediación de aguas con arsénico. El diseño está basado en que las nanopartículas de oro actúen como catalizadores en la oxidación de la especie As(III) a la menos tóxica As(V), y bajo iluminación resonante aceleren aún más la reacción. La superficie de Fe3O4 actúa como sitio activo para la adsorción de arsénico y puede ser fácilmente removible del agua mediante un imán. Estudiamos las isotermas de adsorción y la respuesta óptica y magnética de este nanosistema.
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    Efficient method of arsenic removal from water based on photocatalytic oxidation by a plasmonic–magnetic nanosystem
    (2022-12-13) Paredes, María Yanela; Martínez, Luciana P.; Barja, Beatriz C.; Marchi, M. Claudia; Herran, Matías; Grinblat, Gustavo; Bragas, Andrea V.; Cortés, Emiliano; Scarpettini, Alberto F.
    Arsenic is one of the most toxic elements in natural waters since prolonged exposure to this metalloid can cause chronic damage to health. Its removal from ground-water remains one of the greatest environmental challenges to be addressed nowadays. Here, we present core-satellite hybrid nanostructures formed by plasmonic gold satellites supported onto magnetic iron oxides cores for sunlight-driven remediation of arsenic-containing water. Our experimental results show that the gold nanoparticles catalyze the oxidation of arsenic to much less toxic species and that - upon illumination - the generated heat and hot carriers further enhance the reaction rate. The iron oxides act as an arsenic adsorbent, enabling the complete removal of the catalysts and the adsorbed oxidized arsenic species through a magnet. We quantified the different catalytic contributions, showing that the plasmonic one is of the same order as the surface one. This work highlights the synergy between plasmonic catalysts and iron oxides for light-assisted water remediation.
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    Time Fourier domain low coherence interferometry
    (2022-04) Cerrotta, Santiago; Torga, Jorge Román; Morel, Eneas Nicolás
    We presented a new system that combine Time Domain and Fourier Domain Low Coherence Interferometry. Moving one interferometer arm the Fourier Transform can be detected in the photodiode. Maths and experimental results are shown.
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    Fabry Perot detector for low coherence interferometry
    (2023-06) Cerrotta, Santiago; Torga, Jorge Román; Morel, Eneas Nicolás
    Se proponen dos diseños teóricos de detectores de intensidad para distintas longitudes de onda basados en cavidades Fabry Perot para ser aplicados en la técnica de interferometría de baja coherencia en el dominio de las frecuencias (FD-LCI). Un detector axial unidimensional que consta de una cavidad variable con un fotodiodo y otro detector radial con cavidad fija y con un array lineal o cámara. Se demostró su factibilidad teórica realizando simulaciones de haces gaussianos propagándose a través de cavidades con diferentes características. Se optimizaron los parámetros para que los detectores estén centrados en 850 nm, con rangos de 60 nm y resolución por debajo del nanómetro para haces de 500 µm de cintura, condiciones típicas de las fuentes y detectores usadas en FD-LCI. Además, el diseño contempla la posibilidad de usarlos simultáneamente.
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    Long-range frequency domain low-coherence interferometry detector for industrial applications
    (2023-01) Cerrotta, Santiago; Torga, Jorge Román; Morel, Eneas Nicolás
    A low-cost long-range frequency domain low-coherence interferometry (LCI) detector is presented: time Fourier domain LCI (TFD-LCI). Combining ideas of time domain and frequency domain techniques, the TFD-LCI detects the analog Fourier transform of the optical interference signal with no limitation for the maximum optical path, measuring the thickness of several centimeters with micrometer resolution. A complete characterization of the technique is presented with a mathematical demonstration, simulations, and experimental results. An evaluation of repeatability and accuracy is also included. Measurements of small and large monolayer and multilayer thicknesses were done. Characterization of the internal and external thicknesses of industrial products such as transparent packages and glass windshield is presented, showing the potentiality of TFD-LCI for industrial applications.
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    Estimación de frecuencias de señales interferométricas con redes neuronales
    (2023-09) Cerrotta, Santiago; Morel, Eneas Nicolás
    Una vez adquirida la señal óptica de la técnica de interferencia de baja coherencia mediante un espectrómetro es necesario realizar un post procesado para encontrar la frecuencia de oscilación característica de la señal. Esta señal me brinda información morfológica (espesor, topografía, etc) de la muestra en estudio. En este trabajo se diseñan, entrenan e implementan Redes Neuronales Artificiales que permiten reemplazar herramientas convencionales en el procesamiento de señales oscilantes y en particular el cálculo de la Transformada de Fourier. Se analiza la precisión y los tiempos característicos de estas redes demostrando que son una opción viable para estimar frecuencias de señales oscilatorias.