Ultratynde prøver med overfladefononpolariton forbedrer fotoinduceret dipolkraft

En ny undersøgelse er blevet ledet af prof. Xing-Hua Xia (State Key Lab of Analytical Chemistry for Life Science, School of Chemistry and Chemical Engineering, Nanjing University). Mens han analyserede den infrarøde fotoinducerede kraftrespons af kvarts, observerede Dr. Jian Li en unik spektral respons, der er forskellig fra fjernfeltets infrarøde absorptionsspektrum.

"Den fotoinducerede kraftrespons følger den reelle del snarere end den imaginære del af den dielektriske funktion af kvarts." Dr. Li siger. "Vi diskuterede straks med teoretikeren Dr. Junghoon Jahng for at analysere de eksperimentelle resultater, og vi blev enige om, at det er kvartsens unikke overfladefononpolariton, der ekstremt forbedrer den fotoinducerede dipolkraft."

Et papir, der beskriver disse resultater, er offentliggjort i tidsskriftet National Science Review .

For at verificere dette resultat sammenlignede holdet den spektrale reaktion af kvarts ved hjælp af fototermisk induceret resonans (PTIR) og fotoinduceret kraftmikroskopi (PiFM), hvilket viste, at fotoinduceret dipolkraft (PiDF) dominerer de fotoinducerede termiske kræfter (PiTF) af kvarts. Da PiDF viser et mere udtalt forhold til spids-kvarts-afstanden (~z ⁻⁴ ) sammenlignet med PiTF ( ~z ⁻³ ), Dr. Li foreslog en generel tilgang til nano-IR-kontrastbilleddannelse af ultratynde prøver lagt oven på kvarts.

Den ultratynde prøve, karakteriseret ved en positiv reel del af permittiviteten (svag oscillator), forventes at manifestere svag PiTF og PiDF nær dens infrarøde (IR) resonans. Imidlertid forventes en betydelig PiDF-ændring nær den spidsinducerede nærfeltsresonans af kvartssubstratet.

Disse spektrale forskelle bidrager til kontrasterne i nano-IR-billeddannelse. Især udviser PiDF-responsen på kvarts en mere iøjnefaldende signalvariation med hensyn til prøvetykkelsen sammenlignet med prøvens PiTF. For ultratynde prøver præsenterer PiDF-billeddannelse på kvarts en modsat kontrast med øget følsomhed sammenlignet med nano-IR-kontrastbilleddannelse med PiTF af prøven.

Holdet brugte en polydimethylsiloxan (PDMS) kile forberedt på et kvartssubstrat for at demonstrere den substratforstærkede nano-IR-kontrastbilleddannelse. Resultaterne giver klare beviser for, at PiDF kan bruges til følsom nano-IR-billeddannelse af ultratynde prøver under nanokavitetsgeometri med forbedret kontrast og følsomhed.

Forskerne anvendte yderligere nano-IR-billeddannelsesmetoden til at visualisere tynde kovalente organiske rammelag og undergrundsdefekter under blok-copolymerfilm. De antog, at ved at vælge egnede IR-materialer, der udviser phonon-polaritoner/reststrahlen-bånd, kunne brugere opnå nanobilleddannelse i høj opløsning af specifikke krystaller og polymermolekyler, såvel som biomolekyler med kendte vibrationstilstandsfrekvenser.

Flere oplysninger: Jian Li et al., Overflade-phonon-polariton-forstærket fotoinduceret dipolkraft til infrarød billeddannelse i nanoskala, National Science Review (2024). DOI:10.1093/nsr/nwae101

Leveret af Science China Press