Perpustakaan Digital ITB

Interaksi antara gelombang elektromagnetik dan elektron konduksi pada logam menghasilkan karakteristik puncak absorbansi dan penguatan medan lokal disekitar nanopartikel, fenomena yang terjadi disebut sebagai localized surface plasmon resonance atau LSPR. Karakteristik LSPR pada struktur nano logam dapat diatur berdasarkan jenis material, indeks bias medium di sekitar partikel, jarak antar partikel, dan lain sebagainya. Dengan mengurangi jarak antar nanopartikel logam, suatu daerah yang disebut sebagai hotspot muncul dan ini dapat dimanfaatkan dalam beberapa aplikasi, sebagai contohnya adalah sensor. Pada penelitian ini, dilakukan studi terkait dengan struktur array nanopartikel emas (AuNP) menggunakan pendekatan komputasional dan eksperimental. Pada pendekatan komputasi, dilakukan koreksi terhadap model medium efektif Maxwell Garnett (MG-EMT) untuk meningkatkan validitas model dengan filling fraction tinggi hingga 0,5. Pendekatan model regresi machine learning dengan dataset yang dihimpun menggunakan kalkulasi numerikal FEM digunakan dalam analisis koreksi. Model koreksi diturunkan berdasarkan adanya pengaruh kopling near-field kuat pada respon permitivitas material. Hasil menunjukkan kenaikan validitas model terkoreksi dengan filling fraction hingga 0,5 yang lebih baik dibandingkan dengan model awal MG-EMT. Profil spektrum optik menunjukkan kesesuaian dengan kalkulasi FEM, namun beberapa deformasi muncul untuk kasus ukuran partikel yang besar dan/atau indeks bias medium pembawa yang tinggi meskipun daerah puncak spektrum yang prediksi model terkoreksi masih sesuai. Kalkulasi pada struktur AgNP turut dilakukan, dan diperoleh bahwa nilai kuat eksitasi plasmon berpengaruh pada rentang validasi model terkoreksi akibat adanya perubahan struktur elektronik di luar medium efektif akibat leakage dari field enhancement. Model terkoreksi kemudian digunakan dalam menganalisa pengaruh parameter fisis terhadap respon optik. Analisis perubahan respon optik kemudian dikaitkan dengan jenis kopling yang terjadi pada struktur array, dianalogikan dengan model interaksi molekular. Didapatkan pula bahwa perubahan indeks bias medium pembawa menunjukkan pergeseran linear dari puncak absorbansi sehingga struktur dapat dimanfaatkan dalam aplikasi sensor. Kopling near-field yang semakin kuat terkait pula dengan sensitivitas yang semakin tinggi. Pada rentang uji, didapatkan parameter optimum pada ukuran AuNP sebesar 15 nm dan celah antar partikel sebesar 1 nm dengan sensitivitas sebesar 319,6 nm/RIU dan FOM sebesar 5,5 RIU-1 . Adapun pada pendekatan eksperimen, fabrikasi material dilakukan dengan menggunakan metode bottom-up dimana sumber daya yang dibutuhkan relatif lebih rendah daripada metode top-down. Metode yang digunakan merupakan modifikasi dari metode interfacial trapping sistem tiga fasa dan metode transfer Langmuir-Schaefer dalam memfabrikasi struktur array Janus AuNP. Sintesis AuNP menggunakan metode reduksi citrate menghasilkan ukuran 15,3 nm serta puncak plasmonik pada 518 nm. Pembentukan array Janus memanfaatkan minimasi energi Helmholtz dan migrasi partikel dari fasa koloidal ke antarmuka air/udara melalui antarmuka air/minyak, dimana fasa minyak terdiri dari heksana dan molekul dodecylamine. Hasil fabrikasi menunjukkan puncak absorbansi pada 670 nm dimana red-shift terjadi akibat kopling near-field antar partikel dibandingkan dengan fasa koloidal. Cacat berupa void dan lapisan bertumpuk terlihat dari hasil karakterisasi TEM yang mungkin diakibatkan karena proses evaporasi pelarut hingga migrasi partikel. Metode fabrikasi yang diajukan membuka peluang fungsionalisasi akibat terbukanya akses terhadap permukaan teradsorpsi citrate pada bagian atas material yang dapat digunakan dalam interaksi kovalen maupun non-kovalen. Uji deteksi molekular menggunakan molekul berbasis gugus fungsi amina dilakukan dengan alkilamin dan biocytin, adsorpsi divalidasi menggunakan karakterisasi FTIR-ATR. Ditemukan fenomena blue-shift ~50 nm untuk kasus deteksi alkilamin, namun hanya ~20 nm untuk kasus deteksi biocytin. Pemodelan dengan FEM menunjukkan tendensi pergeseran puncak akibat perubahan indeks bias serta adanya daerah hotspot pada struktur yang telah difabrikasi. Diduga perbedaan sensitivitas deteksi molekul alkilamin dan biocytin diakibatkan perbedaan konformasi molekul pada permukaan emas yang mengganggu akses molekul pada daerah hotspot.