Interazione tra Nanoparticelle metalliche ed Emettitori quantistici

L'interazione tra la radiazione elettromagnetica e la materia rappresenta un campo di studio ampio e dalle numerose applicazioni pratiche nella vita di tutti i giorni.
Le nanoparticelle metalliche presentano proprietà ottiche peculiari che stanno determinando una vera rivoluzione nei campi della fisica, chimica, scienza dei materiali e delle bioscienze grazie alla loro capacità di incrementare e di focalizzare i campi elettromagnetici in regioni spaziali di dimensioni inferiori alla lunghezza d'onda della luce. Tale capacità è dovuta alla presenza dei plasmoni localizzati di superfice (LSP), ovvero eccitazioni ondulatorie collettive di elettroni liberi nelle particelle metalliche. Le tecniche di fabbricazione bottom-up di nanoparticelle plasmoniche con elevate possibilità di controllo e precisione sono promettenti per la futura realizzazione di nano-dispositivi fotonici a basso costo.
La plasmonica sta consentendo lo sviluppo di un vasto numero di applicazioni quali la spettroscopia ad elevata sensibilità, la realizzazione di laser nanometrici e di circuiteria ottica ultracompatta che ci si aspetta possa fungere in futuro da ponte efficiente tra la circuiteria elettronica e la fotonica.
L'intensità dei plasmoni di superficie, dipende da molti fattori incluso la lunghezza d'onda della luce incidente e la morfologia della superficie del metallo. La lunghezza d'onda deve essere molto vicina a quella di plasma del metallo. Per particelle di metalli nobili come Argento ed Oro, questa può cadere nella regione del visibile. Ciò rende l'interazione di questi metalli con la luce particolarmente forte e porta ad una funzione dielettrica altamente dispersiva alle frequenze ottiche. In particolare, la parte reale della funzione dielettrica cambia segno vicino la frequenza di risonanza. Per particelle metalliche più piccole della skin depth, l'interazione plasmonica diventa un'interazione collettiva che coinvolge tutta la nanoparticella. In pratica, le dimensioni più interessanti delle nanoparticelle si hanno quando il diametro risulta inferiore ai 100 nm. Tra i metalli nobili, l'argento è il metallo che ha meno assorbimento e produce effetti di risonanza più intensi. Il numero, la posizione e l'intensità della risonanza dei plasmoni dipende dalla forma geometrica e dalle dimensioni della nanoparticella.
Nel corso di questa tesi vedremo come i plasmoni di superficie di nanoparticelle metalliche accoppiate ad un emettitore quantistico modellizzato come un sistema a due livelli forniscano un interessante sistema di studio, con specifiche risposte ottiche che potranno essere sfruttate in futuro per diverse applicazioni.