Computational calculations of local field and SERS enhancement factors using Mie theory

• J. E. Gómez ^[1] ; F. R. Pérez ^[1]
  1. [1] Universidad Pontificia Bolivariana

     Universidad Pontificia Bolivariana

     Colombia

     
• Localización: Óptica pura y aplicada, ISSN-e 2171-8814, Vol. 55, Nº. 1 (La Óptica en Colombia), 2022
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Estudio computacional de factores de intensificación de campo local y SERS mediante la teoría de Mie
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• Resumen
  • español

    La espectroscopia Raman de superficie (SERS) se basa en la amplificación de las señales Raman. Uno de los mecanismos de mejora se explica por la resonancia plasmónica de las nanoestructuras metálicas. Este trabajo consiste en el cálculo computacional, mediante la teoría de Mie, del factor de mejora del campo local (LFIEF) y del factor de mejora SERS (SERS EF) de una señal de dipolo eléctrico cerca de una única nanoesfera metálica (NP). Se analizaron diferentes tamaños de NP de plata, oro y aluminio suspendidas en etanol, N,N-dimetilformamida y cloroformo. Los resultados muestran que el pico de intensificación coincide con la longitud de onda de excitación para la respectiva resonancia plasmónica de cada metal. Es evidente que el tamaño de las NP influye en la magnitud de la intensidad obtenida, además, se observa que el medio en el que están suspendidas produce un desplazamiento de los picos de intensificación. En el caso de las NP de aluminio, un pico de intensificación alrededor de 200 nm sugiere su uso como sustrato SERS con excitación ultravioleta.

  • English

    Surface-Enhanced Raman Spectroscopy (SERS) is based on the amplification of Raman signals. One of the enhancement mechanisms is explained by the plasmon resonance of metal nanostructures. This work consists of the computational calculation, using Mie theory, of the Local Field Enhancement Factor (LFIEF) and the SERS Enhancement Factor (SERS EF) for an electric dipole signal close to a single metallic nanosphere (NP). Different sizes of silver, gold and aluminum NP suspended in ethanol, N,N-dimethylformamide, and chloroform were analyzed. The results show that the intensification peak agrees with the excitation wavelength for the respective plasmon resonance of each metal. It is evident that the size of the NP influences the magnitude of the intensity obtained; in addition, it is observed that the medium in which they are suspended produces a shift of the intensification peaks.

    For aluminum NP, an intensification peak around 200 nm suggests its possible use as a base for SERS substrate using ultraviolet excitation.