Estudio y aplicaciones de propiedades ópticas, magnéticas y de transporte de carga de nanocompuestos basados en membranas porosas

Abstract

Nanostructured porous anodic alumina membranes (NPAA) and porous silicon under the forms of mesoporous (PS) and macroporous (MPS) silicon were studied and used as matrices in nanocomposites. We deposited nickel into NPAA pores to produce nanocomposites of alumina and nickel nanowires. This system allowed the study of the behavior of the alumina matrix and nanowires. We studied the anisotropy of the magnetic properties and their variation with temperature. Through X-ray diffraction experiments we found an anomalous behavior of the thermal expansion coefficient of the nano-composite that agrees with the magnetic results. On the other hand, hybrid optical microcavities were designed and manufactured from NPAA membranes and PS one-dimensional photonic crystals, using the best characteristics of each nanostructured material, achieving cavities with a high quality factor and relatively high transmittance. These devices serve as a platform for chemical sensors or biosensors based on photonic properties, with great sensitivity in the low wavelengths range. In addition, another type of micro-composite was studied by filling MPS pores with lipids. Using electron paramagnetic resonance spectroscopy, we studied the lipid behavior incorporating spin labels, verifying that an important part of the lipids are organized in cylindrical lipid bilayers forming nanotubes in the pore walls. This system can be considered as a platform for the study of thermotropic phase transitions of lipids in a confined environment.

Se estudiaron membranas de alúmina anódica porosa nanoestructurada (AAPN) de alto grado de ordenamiento y de silicio poroso bajo las formas de silicio mesoporoso (SP) y macroporoso (SMP) usadas como matrices en nanocompuestos. A partir de películas de AAPN se fabricaron nanocompuestos introduciendo níquel dentro de sus poros, que permitió el estudio del comportamiento de la matriz de alúmina y de los nanohilos de Ni. Se estudió la anisotropía de las propiedades magnéticas y su variación con temperatura. Experimentos de difracción de rayos X permitieron encontrar un comportamiento anómalo del coeficiente de expansión térmica del nanocompuesto que concuerda con los resultados del estudio magnético. Por otro lado se diseñaron y fabricaron microcavidades ópticas híbridas a partir de membranas de AAPN y cristales fotónicos unidimensionales de SP, rescatando las mejores características de cada material nanoestructurado, logrando cavidades con un alto factor de calidad y transmitancia relativamente alta. Estos dispositivos sirven como plataforma para sensores químicos o biosensores basados en propiedades fotónicas, con gran sensibilidad en el rango de las bajas longitudes de onda. Además se estudió otro tipo de microcompuesto mediante el llenado de poros de SMP con lípidos. Utilizando espectroscopía de resonancia paramagnética electrónica se estudió el comportamiento de los lípidos incorporando marcadores de espín, verificando que una parte importante de los lípidos se organizan en bicapas lipídicas cilíndricas formando nanotubos en las paredes de los poros. Este sistema puede ser considerado como plataforma para el estudio de transiciones de fase termotrópicas de los lípidos en un entorno confinado.