Resonans-raman-spektroskopi med 1-nanometer opløsning

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.