Synthesis of Magnetic Nanoparticles and nanoparticles and Strategies towards Magneto-Photonic Materials

• Autores: Oana Pascu
• Directores de la Tesis: Gervasi Herranz Casabona (dir. tes.), Anna Roig Serra (dir. tes.)
• Lectura: En la Universitat Autònoma de Barcelona ( España ) en 2012
• Idioma: inglés
• Tribunal Calificador de la Tesis: Hernán Ruy Míguez García (presid.), Jordi Sort Viñas (secret.), Wolfgang Parak (voc.)
• Materias:
  • Física
    • Electromagnetismo
      • Magnetismo
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en:  TDX  DDD  TESEO 
• Resumen

  • El proyecto propuso obtener un sistema óptico que responda a estímulos externos, en concreto, a campos magnéticos. Cristales fotónicos de dos y tres dimensiones fueron seleccionados como sistemas ópticos para ser funcionalizados con nanopartículas magnéticas para obtener cristales magneto-fotónicos (MPCs). La funcionalización de cristales fotónicos tuvo como objeto no solamente permitir los cambios en la posición espectral del bandgap utilizando un campo magnético externo, sino también permitir respuestas magneto-ópticas aumentadas a determinadas longitudes de onda debido a la interacción luz-materia. Previamente se ha demostrado que la respuesta magneto-óptica en un cristal fotònico 1D aumenta significativamente para frecuencias en el borde del bandgap. Sin embargo, lograr cristales 3D de alta calidad es mucho más complejo y, por lo tanto, conseguir una respuesta magneto-óptica óptima, comparable a la de los cristales magneto-fotónicos 1D, sigue siendo un tema difícil. Los cristales magneto-fotónicos tridimensionales con una respuesta magneto-óptica aumentada pueden ser una plataforma adecuada para el desarrollo, por ejemplo, de una nueva generación de aislantes ópticos rápidos y compactos para transmisión en comunicaciones ópticas, disminuyendo drásticamente su espesor y en consecuencia las pérdidas ópticas (la cual es ventajoso para la óptica integrada). Los objetivos de esta tesis doctoral han sido : 1) sintetizar nanopartículas magnéticas de alta cristalinidad (níquel, óxido de hierro y ferrita de manganeso) a través de métodos químicos, con el fin de controlar el tamaño de las nanopartículas a través de diversos parámetros experimentales y para estudiar la estabilidad de las soluciones coloidales magnéticas, 2) la fabricación de materiales magneto-fotònicos mediante: i) técnicas ¨bottom-up´´-para la incorporación de nanopartículas magnéticas en un cristal fotónico prefabricado (2D o 3D) y ii) métodos ¨top-down¨ -p.e., mediante técnicas litográficas (haz de electrones y litografía nanoimprint), 3) la caracterización estructural y morfológica de los materiales fotónicos preparados, 4) optimizar la fabricación de los cristales magneto-fotónicos para garantizar una respuesta magneto-óptica aumentada a longitudes de onda cerca del bandgap óptico. La presente tesis está dividida en seis capítulos El capítulo 1 incluye una introducción general a las nanopartículas magnéticas, los materiales cristales fotónicos convencionales y funcionalizados (magneto-fotónicos). Las nanopartículas magnéticas de tipo metálico (níquel) y de óxido metálico (óxido de hierro y manganeso de ferrita) se describen a través de sus propiedades, la síntesis, estabilidad de las soluciones coloidales y sus aplicaciones. Se presentan los materiales fotònicos y magneto-fotònicos con sus características estructurales y óptica y magneto-óptica. El capítulo 2 describe la síntesis química de nanopartículas magnéticas por tres vías diferentes: la descomposición térmica, calentamiento por microondas y la síntesis continua en etanol supercrítico. El control del tamaño de las nanopartícula y la estabilidad de las soluciones coloidales magnéticas son analizadas. También se aborda la caracterización estructural, morfológica y funcional de las nanopartículas preparadas. El capítulo 3 está enfocado a la fabricación de los cristales magneto-fotònicos bidimensionales por técnicas de ´´top-down´´ (haz de electrones y la litografía por nanoimprint) y bottom-up (depósito de partículas magnéticas asistida por microondas). Para ambas estrategias se describe el protocolo de fabricación desarrollado, junto con la caracterización estructural, morfológica y funcional de los materiales fabricados. El capítulo 4 describe la fabricación de los materiales magneto-fotónicos tridimensionales mediante técnicas bottom-up basadas en dos estrategias, utilizando: i) nanopartículas sintetizadas ex-situ (método de dip-coating asistido por motor paso a paso) y ii) nanopartículas sintetizadas in-situ (depósito asistido por microondas). En el capítulo 5 se enumeran las principales conclusiones de la tesis y se hacen sugerencias para trabajos futuros. El capítulo 6 incluye los anexos. El anexo i. presenta la lista de las publicaciones relacionadas con esta tesis. El anexo ii. incluye una breve descripción de las técnicas experimentales utilizadas y protocolos aplicados para la preparación de las muestras. Los anexos III. y IV contienen las tablas detalladas con las condiciones experimentales y los datos de fabricación de nanopartículas magnéticas y ópalos magnéticos, respectivamente.