Videnskab
 science >> Videnskab >  >> nanoteknologi

Resonans-raman-spektroskopi med 1-nanometer opløsning

Fig. 1:Skematisk over spidsforstærket resonans Raman spredningsmåling. Raman-spredning med spidsforstærket resonans måles af en sølvspids fremstillet ved fræsning med fokuseret ionstråle (FIB). Lokaliseret overfladeplasmon (LSP) exciteres af en excitationslaser, som genererer forbedret Raman-spredning fra ultratynde zinkoxid (ZnO) film dyrket på en enkeltkrystal sølv (Ag) overflade. Kredit:Takashi Kumagai

Tip-forstærket Raman-spektroskopi løste "resonans" Raman-spredning med 1-nm opløsning i ultratynde zinkoxidfilm, epitaksielt dyrket på en enkeltkrystal sølvoverflade. Tip-forstærket "resonans" Raman spredning kan bruges til at undersøge en specifik kemisk struktur på nanoskala og endda på enkelt-molekyle niveau og giver også en ny tilgang til atomær skala optisk karakterisering af lokale elektroniske tilstande. Dette vil være et stærkt værktøj til at studere, for eksempel, lokale defekter i lavdimensionelle materialer og aktive steder for heterogen katalyse.

Et forskerhold ved Fritz-Haber Institute i Berlin, ledet af Dr. Takashi Kumagai, demonstreret tip-forstærket "resonans" Raman-spektroskopi. Resonans Raman spektroskopi er et kraftfuldt værktøj til at analysere en specifik kemisk struktur med høj følsomhed, men dens rumlige opløsning er blevet begrænset til at være nogle få hundrede nm på grund af diffraktionsgrænsen. Ekstrem feltindeslutning ved en metalspidsspids gennem lokaliseret overfladeplasmonexcitation gør det muligt at bryde denne begrænsning og nu opnå en opløsning på 1 nm. Tip-forstærket Raman-spektroskopi udnytter atomopløsningsbilleddannelse af scanningprobemikroskopi og forbedret Raman-spredning gennem lokaliseret overfladeplasmonexcitation. Forskerholdet afslørede tip-forstærket resonans Raman spredning, hvor både fysiske og kemiske forbedringsmekanismer er operative. Den underliggende proces blev undersøgt ved at modificere den lokaliserede overfladeplasmonresonans i scanningstunnelmikroskopforbindelsen og ved at optage zinkoxidfilm af forskellig tykkelse, der udviser en lidt anderledes elektronisk struktur. Ud over, korrelationen mellem tip-forstærket resonans Raman spredning og lokale elektroniske tilstande er løst i kombination med scanning tunneling spektroskopi, der kortlægger den lokale elektroniske tilstand af zinkoxidfilmen. Vores resultater viser eksplicit, at et begrænset elektromagnetisk felt kan interagere med lokale elektroniske resonanser på (sub)nanometerskalaen.

  • Fig.2:Tip-forstærket resonans Raman-spektrum af ultratynde ZnO-film på en Ag(111)-overflade. (a) STM-billede af 2- og 3-monlags ZnO-film epitaksielt dyrket på Ag(111) ved 78 K. (b) Skematisk af ZnO-filmen. (c) Tip-forstærket resonans Raman-spektrum af ZnO-filmen. Kredit:Takashi Kumagai

  • Fig. 3 Korrelation mellem tip-forstærket Raman-spredning og den lokale elektroniske struktur af ZnO-filmen. (a-b) STM-billede og STS-kortlægning af ZnO-filmen. (c) Tip-forstærkede Raman-spektre optaget på forskellige steder over ZnO-filmen (rød og blå) og Ag-overfladen (sort). (d) Konstant-strøm STS optaget på forskellige steder over ZnO-filmen. (e-g) Linjeprofil af STM højde, STS intensitet, og Raman-intensitet. Linjen er angivet i (a-b). (h) Tip-forstærket resonans Raman-spektre optaget langs linjen i (a-b). Kredit:Takashi Kumagai