Study of nanolithography methods for the controlled deposition of nanoparticles in photonic devices for sensing applications

Abstract

[ES] La deposición controlada de nanopartículas (NPs) sobre nanoestructuras fotónicas permite la creación de dispositivos novedosos capaces de realizar un confinamiento extremo de la luz y mejorar la interacción entre la luz y la materia. Este es un avance crucial para desarrollar aplicaciones como lab-on-chip y biosensores, así como la química plasmónica a gran escala. Sin embargo, el posicionamiento de NPs individuales en dispositivos nanoestructurados es un desafío. Hasta la fecha, el posicionamiento de NPs individuales se puede obtener mediante impresión láser sobre vidrio o por microscopía de fuerza atómica (AFM), pero estos métodos son complejos, caros y lentos. El objetivo de este trabajo es desarrollar diferentes enfoques para la colocación controlada de NPs en sistemas fotónicos, tanto en nanoestructuras individuales (como nanocavidades optomecánicas y guías de ondas) como en metasuperficies y sustratos transparentes de grandes áreas. Las diversas metodologías combinarán métodos de bottom-up y de top-down, como drop-casting en nanoestructuras funcionalizadas, la colocación de NPs mediante láser basado en la técnica de pinzas ópticas, métodos de litografía blanda con sellos elastoméricos y la impresión por micro contacto.

[EN] The controlled delivery of nanoparticles (NPs) onto photonic nanostructures allows for the creation of novel devices capable of extreme light confinement and enhanced light-matter interaction. This is a crucial step to develop applications such as lab-on-a-chip and biosensors, as well as large-scale plasmonic chemistry. However single positioning NPs on nanostructured devices is challenging. To date single NP positioning can be obtained via laser printing onto glass or by Atomic Force Microscopy (AFM) but these methods are complex, expensive and slow methods. The aim of this work is to develop different approaches for the controlled positioning of nanoparticles (NPs) onto photonic systems in individual nanostructures (such as optomechanical nanocavities and waveguides) as well as in metasurface and large-area transparent substrates. The diverse methodologies will combine bottom-up and top-down methods such as drop casting on functionalized nanostructures, positioning NPs via laser based on optical tweezers technique, soft-lithography methods by elastomeric stamps and micro-contact printing.