Synergetic Light-Harvesting and Near-Field Enhancement in Multiscale Patterned Gold Substrates

Autores
Guerra Hernandez, Luis Alfonso; Daza Millone, Maria Antonieta; Cortés, Emiliano; Castez, Marcos Federico; Auguie, Baptiste Maxime Raphael; Vela, Maria Elena; Salvarezza, Roberto Carlos; Fainstein, Alejandro
Año de publicación
2015
Idioma
inglés
Tipo de recurso
artículo
Estado
versión publicada
Descripción
Sphere-segment void (SSV) cavities have emerged as promising substrates for reproducible Surface Enhanced Raman Scattering (SERS), offering strong and uniform electromagnetic enhancement associated with the excitation of cavity-like localized surface plasmon resonances tunable across the UV-vis-near IR range, with a facile large-scale fabrication process. High-resolution electron micrographs of these structures reveal a considerable departure from the idealized smooth spherical cavity shape; notably, the electrochemical deposition of gold yields an important surface roughness. We investigate this contribution to the SERS activity of SSV substrates with a series of experiments, varying the degree of surface roughness using thermal annealing and gradual electrochemical roughening. Notably, we observe that both roughness features and cavity-like modes operate in conjunction as a multiscale antenna to provide larger SERS efficiency than the two mechanisms considered separately. We conclude that the main role of the ordered cavity structure is to increase the plasmonic mode density near rough surface features, thus, optimizing the coupling of far-field radiation (light harvesting) to locally enhanced near fields.
Fil: Guerra Hernandez, Luis Alfonso. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina
Fil: Daza Millone, Maria Antonieta. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; Argentina
Fil: Cortés, Emiliano. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; Argentina
Fil: Castez, Marcos Federico. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; Argentina
Fil: Auguie, Baptiste Maxime Raphael. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina
Fil: Vela, Maria Elena. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; Argentina
Fil: Salvarezza, Roberto Carlos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; Argentina
Fil: Fainstein, Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina
Materia
Multiscale Antennas
Plasmonic Substrates
Roughness
Sensing
Sphere-Segment Void Arrays
Surface Enhanced Raman Spectroscopies
Nivel de accesibilidad
acceso abierto
Condiciones de uso
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar/
Repositorio
CONICET Digital (CONICET)
Institución
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
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High-resolution electron micrographs of these structures reveal a considerable departure from the idealized smooth spherical cavity shape; notably, the electrochemical deposition of gold yields an important surface roughness. We investigate this contribution to the SERS activity of SSV substrates with a series of experiments, varying the degree of surface roughness using thermal annealing and gradual electrochemical roughening. Notably, we observe that both roughness features and cavity-like modes operate in conjunction as a multiscale antenna to provide larger SERS efficiency than the two mechanisms considered separately. We conclude that the main role of the ordered cavity structure is to increase the plasmonic mode density near rough surface features, thus, optimizing the coupling of far-field radiation (light harvesting) to locally enhanced near fields.Fil: Guerra Hernandez, Luis Alfonso. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; ArgentinaFil: Daza Millone, Maria Antonieta. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; ArgentinaFil: Cortés, Emiliano. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; ArgentinaFil: Castez, Marcos Federico. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; ArgentinaFil: Auguie, Baptiste Maxime Raphael. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; ArgentinaFil: Vela, Maria Elena. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; ArgentinaFil: Salvarezza, Roberto Carlos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. 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