Diseño y caracterización de sustratos SERS con nanoestructuras de Silicio

Abstract

[ES] La espectroscopia Raman es una técnica espectroscópica molecular basada en la dispersión inelástica de la luz con la materia (efecto Raman) para obtener información sobre la composición o las características de un material de forma rápida y segura. Sin embargo, las señales Raman son inherentemente débiles, especialmente en las moléculas orgánicas. Como solución a esta limitación, surge una técnica conocida como SERS (siglas derivadas del inglés: Surface Enhancement Raman Spectroscopy). Esta técnica logra una mejora de la señal Raman utilizando sustratos con nanoestructuras que producen una intensificación del campo electromagnético local.

Desde el descubrimiento de la técnica SERS, se han utilizado principalmente materiales metálicos, como el Oro (Au) o la Plata (Ag), para la fabricación de las nanoestructuras. No obstante, actualmente existen diferentes líneas de investigación que prueban la capacidad de alcanzar el efecto SERS utilizando nanoestructuras de silicio. Este tipo de nanoestructuras supondrían una serie de ventajas con respecto a las metálicas como la reducción del calentamiento de los sustratos y del efecto quenching de fluorescencia, así como una reducción de los costes de producción.

Este trabajo consiste en el diseño de nanoestructuras de silicio para la fabricación de sustratos SERS. Su efectividad se comprobará a través de la deposición nanoláminas de disulfuro de molibdeno (MoS2) sobre los sustratos (nanofabricados en las instalaciones del Centro de Nanotecnología de la UPV (NTC)) y su análisis con la espectroscopia Raman disponible en el NTC. La caracterización de los sustratos fabricados se realizará con técnicas de microscopia tales como microscopia óptica, microscopía electrónica de barrido (SEM) y microscopia de fuerzas atómicas (AFM), todas disponibles en el NTC.

[EN] Raman spectroscopy is a molecular spectroscopic technique that uses the interaction of light with matter (Raman effect) to obtain information on the composition or characteristics of a material quickly and safely. However, Raman signals are inherently weak, especially in organic molecules. As a solution for this limitation, a technique known as SERS (Surface-Enhanced Raman Scattering) emerges. This technique achieves an enhancement of the Raman signal using substrates with nanostructures that produce an intensification of the local electromagnetic field.

Since the discovery of the SERS technique, metallic materials, such as gold (Au) or silver (Ag), have been used mainly for the manufacture of nanostructures. However, there are currently different lines of research that prove the ability to achieve the SERS effect using silicon nanostructures. This kind of nanostructures would have a series of advantages over metallic ones, such as the reduction of the heating of the substrates and the quenching effect of fluorescence, as well as a reduction in production costs.

This work consists of the design of silicon nanostructures for the manufacture of SERS substrates. Its effectiveness will be verified through the deposition of molybdenum disulfide (MoS2) nanosheets on the substrates (nanomanufactured in the NTC facilities) and the analysis with Raman spectroscopy available at the NTC. The characterization of the fabricated substrates will be done with microscopy techniques such as optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM), all of them available at the NTC.