Design of nanodevices for sensing applications

Substrati SERS plasmonicamente attivi, come grating metallici o MetaMateriali quali Split Ring Resonators, hanno caratteristiche sub-wavelength che consentono l'accoppiamento diretto tra radiazione elettromagnetica normalmente incidente e plasmoni di superficie. L'elevata sensibilità di rivelazione di questi metodi sfrutta l’incremento del campo EM che si origina in prossimità di nanostrutture metalliche. L'oggetto della ricerca di dottorato è la progettazione, fabbricazione e caratterizzazione di nanostrutture plasmoniche per applicazioni biosensoristiche. Allo scopo di fabbricare substrati SERS-attivi adatti per applicazioni di tipo sensoristico, è stato sviluppato un collaudato processo di nanofabbricazione in grado di consentire la realizzazione di dispositivi facilmente fabbricabili e riproducibili. Ciò ha richiesto lo studio e la comprensione dei diversi meccanismi di trasmissione della luce attraverso reticoli metallici digitali unidimensionali al fine di ottimizzare la risposta ottica e l'efficienza dei dispositivi. Sono stati fabbricati dispositivi costituiti da grating d'oro unidimensionali in grado di concentrare la radiazione elettromagnetica all’interno delle fenditure ed è stato misurato e confrontato con stime teoriche il fattore di enhancement SERS delle nanostrutture realizzate e la sua dipendenza da una polarizzazione ibrida generica. Un buon accordo tra le stime numeriche e sperimentali, assieme ad una tecnica di nanofabbricazione collaudata in grado di garantire una buona uniformità e riproducibilità del processo, conferma le potenzialità della tecnica nell’ingegnerizzazione di substrati per la generazione di campi locali dell’intensità e della distribuzione desiderata. Sono stati infine realizzati nuovi tipi di nanosensori allo scopo di accoppiare le proprietà biosensoristiche con quelle dei MetaMateriali, in modo da studiare le proprietà peculiari di questo tipo di strutture se combinate con nano-ottiche plasmoniche. Questo tipo di sensori rappresentano un passo promettente verso una possibile futura rivelazione di singole molecole tramite ingegnerizzazione di substrati plasmonici.