Undersøgelse finder tegn på resonant Raman-spredning fra overfladefononer af Cu(110)

Forskere ved Johannes Kepler University i Linz har i flere år undersøgt de fysiske egenskaber af Cu(110), en overflade opnået ved skæring af en enkelt kobberkrystal i en bestemt retning. Deres seneste undersøgelse, omtalt i Physical Review Letters , giver det første bevis på såkaldt resonant Raman-spredning fra overfladen af ​​metallet. Dette fænomen medfører den uelastiske spredning af fononer af stof.

"Vi har allerede forsket meget i Cu(110), og er særligt interesserede i overfladetilstandsovergangen ved 2,1 eV. Fordi overfladetilstandselektronerne er begrænset til de første par lag af krystallen, Cu(110) overfladen tilstand er et følsomt mål for overfladens tilstand. Vi bruger denne høje følsomhed til at studere forskellige fysiske processer ved overfladen, såsom rekonstruktion af overfladen efter adsorption eller molekylær vækst," Mariella Denk, en af ​​forskerne, der har udført undersøgelse, fortalte Phys.org.

"I løbet af diskussioner med prof. Dr. Norbert Essers gruppe i Berlin, som hovedsageligt beskæftiger sig med Raman-spredning fra halvledere, men også har erfaring med at studere metaloverflader, kom vi på ideen om blot at prøve at se, om Raman-spredning fra overfladen fononer kunne ses på Cu(110)."

I en række indledende eksperimenter observerede Denk og hendes kolleger en Raman-spredning med meget høj intensitet fra fononer på overfladen af ​​en Cu(110) prøve. De besluttede derefter at udforske denne overraskende observation yderligere for at bestemme de mekanismer, der understøtter den.

I deres eksperimenter brugte forskerne en teknik kaldet Raman-spektroskopi. Dette er en ikke-destruktiv metode til at udføre kemiske analyser, som virker ved at fokusere lyset fra en laser på en prøves overflade, der dækker en plet, der er cirka 100 μm i størrelse. Lyset, der udsendes fra denne plet, opsamles ved hjælp af en linse og kommer ind i en monokromator (dvs. et optisk instrument, der måler lysspektret).

"Elastisk spredt stråling ved den bølgelængde, der svarer til laserlinjen (Rayleigh-spredning), filtreres fra, mens resten af ​​lyset spredes på en detektor," forklarede Denk. "Laserlyset interagerer med vibrationer, fononer eller andre excitationer i systemet, hvilket får laserfotonernes energi til at ændre sig. Forskellen i energierne fra det indfaldende og spredte lys giver information om de exciterede vibrationstilstande."

Overfladefononerne af Cu(110) - såvel som deres spredning - blev intensivt undersøgt ved hjælp af komplementære teknikker og er godt forstået. Denk og hendes kolleger var dog de første til at påvise, at Raman-spredning fra overfladefononer på Cu(110) kan observeres, og at den høje intensitet opnået i eksperimenterne skyldes spredning i resonans med den elektroniske overgang af overfladetilstanden af Cu(110) ved en 2,1 eV. De gjorde dette ved at indsamle polarisations- og excitationsenergiafhængige Raman-målinger på deres prøve ved hjælp af 10 laserlinjer inden for et fotonenergiområde fra 1,8 til 3 eV.

"Vores undersøgelse giver det første bevis for Raman-spredning af overfladefononer på en metaloverflade," forklarede Denk. "Raman-eksperimenterne tegner sammen med elektronisk båndstruktur og gitterdynamikberegninger et sammenhængende billede af samspillet mellem overfladefononer og overfladelokaliserede elektroniske tilstande."

Resultaterne indsamlet af dette hold af forskere kan betydeligt forbedre den nuværende forståelse af Cu(110) og andre metaloverflader. In the future, they could pave the way for further theoretical works focusing on electron-phonon coupling occurring on metal surfaces.

"We are now planning to conduct further experiments to test whether the method can be used for high-resolution surface vibrational spectroscopy, in particular whether optical transitions at surfaces and interfaces can be used to enhance Raman scattering of vibrations of adsorbed species," Denk said. + Udforsk yderligere

Quantum interference directed chiral Raman scattering in 2-D enantiomers

© 2022 Science X Network