Plasmones

Bueno, esta entrada viene como consecuencia de una cierta conferencia a la que tuvimos que asistir donde se habló de las propiedades ópticas de estos objetos, a partir de la cual ha habido varias solicitudes para que los explicase un poco y finalmente pudiéramos comprender qué son…

Primero decir que la “plasmónica” es un tema que es actualmente puntera en la investigación (junto a la nanotecnología) y que puede dar varios avances en poco tiempo, por lo que es un tema bastante interesante.

¿Qué son los plasmones?

Para esta explicación, vamos a describir una ruta lenta, partiendo de cosas conocidas, que en principio no tienen nada que ver, e iremos avanzando poco a poco, de forma que no haya ningún salto “muy incomprensible”.
Partiendo de un metal (por ejemplo una barra de hierro), se conoce que éstos se caracterizan por tener un número grande de electrones que se pueden mover a lo largo de todo el metal, sin estar “atrapados” a ningún átomo (de hierro en el ejemplo) en concreto. Estos electrones, llamados de conducción (porque se pueden conducir a lo largo de todo el metal), básicamente existen solo en los metales (también en los plasmas) y son los que provocan que éstos sean unos buenos conductores de la electricidad (recordemos que un electrón es una carga eléctrica, por lo que que se puedan mover “libremente” significa que transportan carga eléctrica de una forma bastante buena).

Ahora, y cambiando a otro tema, conocemos de la mecánica cuántica que todos los objetos son a la vez una onda y una parta (son dos descripciones equivalentes de cualquier objeto), por lo quícule un electrón, por ejemplo, tiene una onda asociada con una longitud del orden del armstrong (una 10 mil millonésima de metro).

Esto viene a cuenta de que, en el anterior metal, los electrones pueden comenzar a moverse por el metal de una forma análoga a las olas del mar (formando olas por el metal), por ejemplo cuando incide luz (fotones) sobre éste, que interacciona con éstos.
Estas olas por supuesto no son de agua ni nada similar, sino de “carga eléctrica” (la de los electrones).

En la comparación con un estanque, el fotón de luz sería la piedra, y que al incidir sobre el metal (agua) se crean ondas (en el caso del agua como perturbación de éste vertical: el agua sube y baja) longitudinales: en vez de subir y bajar, el movimiento de los electrones es de alante-atrás.

A estas ondas que se forman, se las llama plasmones (en concreto, superficiales, ya que se propagan por la superficie del metal).
Una de las peculiaridades que tienen es que no viajan una gran distancia, sino que duran bastante poco en su propagación por la superficie del metal.

Como contrapartida, existen otro tipo de plasmones, los localizados, que se producen cuando en vez de una superficie metálica, lo que tenemos son diminutas partículas metálicas (de escala nanométrica, es decir, la millonésima parte de un milímetro).
Si una luz, que tenga una frecuencia adecuada, incide sobre dichas partículas, se produce un plasmón en éstas, es decir, los electrones de esta partícula comienzan a vibrar con una frecuencia determinada, lo que produce una emisión en diferentes direcciones (scattering) de radiación con dicha frecuencia (luz de un color determinado).

Posibles aplicaciones prácticas

Ahora viene la clásica pregunta… ¿para qué puede servir todo esto?
Para empezar, como se puede entrever de la descripción anterior, juegan un papel fundamental para variar las propiedades ópticas utilizando metales.

Por ejemplo, utilizando partículas metálicas nanométricas se puede definir el color (qué luz refleja) de diferentes superficies u objetos. Esto es básicamente lo que se hacía para “teñir” los cristales de las catedrales antiguas, en los que se introducían pequeñas partículas metálicas que le daban el color al cristal.
Sin saberlo, ya se hacía nanotecnología en la Edad Media, ya que aquí, son precisamente estos plasmones los que causan que la vidriera tenga un color u otro.

A su vez, dado que son partículas tan pequeñas, y tienen una gran “sensibilidad” a su entorno, se están utilizando actualmente para poder ver con una gran resolución pequeños tejidos o células, sin más que colocar dicho plasmón en el lugar deseado de la célula, y después observarle con luz visible, con la ventaja de que al usar luz visible, se pueden observar células vivas, sin matarlas como ocurre al observarlas con rayos X u otra radiación más energética.

Por otro lado, los plasmones superficiales tienen otras aplicaciones como transmisores de información en futuros chips, ya que estas ondas viajan sobre la superficie del metal, lo que hace que si son guiadas adecuadamente, puedan ser utilizadas para conducir información de un lugar a otro.

Más información:

  • Wikipedia (en inglés)
  • Plasmones de superficie (en inglés)
  • Basque Research (en español)
  • 7 comentarios en “Plasmones

    1. jajajaja qué gran tema si señor🙂
      aunque seguimos sin saber lo que es un Hot Spot!
      entonces son ondas electromagnéticas longitudinales que aparecen en los metales al chocar los fotones con los electrones libres, no?
      debe tener alguna relación con la onda evanescente de la reflexion total, en el sentido de que ambas son “ondas superficiales”.
      mmmm!

    2. Sí, básicamente. De hecho se suelen describir por las ecuaciones de Maxwell (vamos, que muchos puntos no hace falta tratarlos cuánticamente).

      Aunque en un metal actúan como una onda evanescente en cierto modo, los “plasmones superficiales” solo son un subconjunto. También les hay “volúmicos” al parecer (aunque esos ya no los sé describir muy bien).

      Y no estoy seguro, pero no creo que tengan relación, ya que los plasmones se encuentran dentro del material (interior y/o superficie), mientras que la onda evanescente se podría decir que “salta” al siguiente medio, no es algo que esté en la superficie del material sino disperso por ese espacio.

      PD: de los temas que me dijiste para escribir, pensé que sería el último del que hablaría, aunque ayer me picó la curiosidad por saber por fin lo que son…😉

    3. Jajajajajajajajajajajaja, qué bueno. Me parto! A ver si lo consigo leer cuando me calme, y me imagino en una conferencia…

      pd. Has visto que hay una carita sonriente abajo a la izquierda en tu plantilla?

    4. Bueno por lo que tengo entendido la onda evanescente es superficial. La forma de “separarla del material” es colocando un medio de índice de refracción más alto respecto al que había en el anterior; de forma que se separe de la normal. Me estoy refiriendo a aquella diapositiva del tema 13 que nadie me sabía explicar😛

      Plasmones volúmicos?Me cago

    5. Bueno creo que la charla se lleva aun nivel demasiado complejo para mi …
      Esta muy bueno el articulo, facil de entender. Pero sus analisis me dejaron chiquito😀
      Saludos

    6. Vale ya lo lei. Se entiende bastante bien, aunque me ha chocado bastante lo de la “cuasipartícula”, jeje. Habrá que dijerirlo supongo.

      Y a pau, en qué ves el parecido a las ondas evanescentes? Si no recuerdo mal, las ondas evanescentes tienen una forma exponencial decreciente, y estas ondas son ondas longitudinales (aunque uno se las imagine mejor transversales, como siempre, jeje).

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