Characterization of molecular monolayers on photonic nanostructures for integrated THz detectors

Abstract

[ES] La combinació de la plasmónica i la optomecánica molecular està demostrant ser un camp potencialment prometedor per al desenvolupament de sensors de THz integrats que permeten acoblar aquest senyal a la de l'espectre visible, proporcionant un nou ventall d'oportunitats de diagnòstic pràcticament innocu per al pacient. L'espectroscòpia Raman és un aspecte clau en aquest cas, ja que ofereix la possibilitat de detectar el senyal resultant de l'acoble de senyals. Per això, el desenvolupament de noves metodologies experimentals és essencial per a generar i caracteritzar les estructures nanofotòniques que compondran aquests detectors de THz. En aquest treball, s'han utilitzat dos tipus de molècules per a funcionalizar les superfícies plasmónicas, les quals permeten l'acoblament de senyals en aquests rangs de freqüència. Aquestes són el Biphenil-4-*tiol (BPT) i el 5-amino-2- mercaptobenzimidazole (ABIZ), havent desenvolupat per a aquesta última nova tècnica de funcionalización de superfícies. Per a generar les estructures plasmónicas, s'han depositat nanopartícules (NPs) d'or en la superfície d'estructures litografiadas mitjançant dues metodologies, sent una d'elles una nova tècnica de transferència de NPs que s'ha denominat \textit{micro-contact printing}. Aquestes estructures han sigut caracteritzades amb èxit mitjançant diferents tècniques. També s'ha assemblat un nou setup experimental per a realitzar Espectroscòpia Raman millorada per guia d'ones (WERS), la qual cosa és important per a simular les condicions de guiat de l'ona, així com per a caracteritzar aquests circuits. Per ultime, s'han realitzat simulacions per a determinar possibles estructures plasmónicas noves que permeten l'acoblament dels senyals.

[CA] La combinacio de la plasmónica i l’optomecánica molecular está demostrant ser un camp potencialment prometedor per al desenrotllament de sensors de THz integrats que permeten acoblar este senyal a la de l’espectre visible, proporcionant un nou palmito d’oportunitats de diagnostic prcticament innocu per al pacient. L’espectroscopia Raman ` es un aspecte clau en este cas, ja que oferix la possibilitat de detectar el senyal resultant de l’acoble de senyals. Per aixo, el desenrotllament de noves metodologies experimentals es essencial per a generar i caracteritzar les estructures nanofot ´ onicas que compondran estos detectors de THz. En aquest treball, s’han utilitzat dos tipus de molecules per a funcionalizar les superfícies plasmoniques, les quals permeten l’adaptament de senyals en estos rangs de frequ¨encia. Estes s ` on el Biphenil-4-tiol (BPT) i el 5-amino-2-mercaptobenzimidazole (ABIZ), havent ´ desenvolupat per a aquesta ultima una nova t ´ ecnica de funcionalitzaci ` o de superf ´ ´ıcies. Per a generar les estructures plasmoniques, s’han depositat nanopart ` ´ıculas (NPs) d’or en la superf´ıcie d’estructures litografiades per mitja de dos metodologies, sent una d’elles una nova t ` ecnica de transfer ` encia de ` NPs que s’ha denominat micro-contact printing. Estes estructures han sigut caracteritzades amb exit per mitj ` a de distintes t ` ecniques. Tamb ` e s’ha generat un nou setup experimental per a realitzar ´ Espectroscopia Raman millorada per guia d’ones (WERS), la qual cosa ès important per a simular ´ les condicions de guiat de l’onda, aix´ı com per a caracteritzar els mencionats circuits. Per ultim, ´ s’han realitzat simulacions per a determinar possibles estructures plasmoniques noves que permeten ` l’adaptament de les senyals

[EN] Combining plasmonics and molecular optomechanics is proving to be a potentially promising approach for the development of integrated THz sensors which allow the coupling of this signal to the visible spectrum, providing a new range of diagnostic opportunities that are virtually innocuous for the patient. Raman spectroscopy is a key issue here, as it offers the possibility to detect the resulting signal coupling. Therefore, the development of new experimental methodologies is essential to generate and characterize the nanophotonic structures that will compose these THz detectors. In this work, two types of molecules have been used to functionalize the plasmonic surfaces, which allow the coupling of signals in these frequency ranges. These are Biphenyl-4-thiol (BPT) and 5-amino-2-mercaptobenzimidazole (ABIZ), having developed a new surface functionalization technique for the latter. In order to generate the plasmonic structures, gold nanoparticles (NPs) have been deposited on the surface of lithographed structures by two methodologies, one of them being a new NPs transfer technique called micro-contact printing. These structures have been successfully characterized using different techniques. A new experimental setup has also been assembled to perform Waveguide Enhanced Raman Spectroscopy (WERS), which is important to simulate the wave-guiding conditions, as well as to characterize such circuits. Finally, simulations have been performed to determine possible new photonic nanostructures for signal coupling.