Die Grenzen der plasmonischen Verstärkung mit einer zweidimensionalen Atomkristallsonde untersuchen

Anonim

Eine Forschungsgruppe um Shunping Zhang und Hongxing Xu an der Universität Wuhan in China hat eine quantitative SERS-Technik entwickelt, um die maximalen Plasmonenfelder zu untersuchen, bevor Effekte wie Elektronentunneln dominieren. Die Forscher wandten sich Molybdändisulfid (MoS 2) zu - einer graphenartigen, zweidimensionalen Atomschicht, um den Abstand zwischen einem Goldnanopartikel und einem glatten Goldfilm einzustellen.

Die plasmonische Feldverstärkung ist der Grundstein für eine breite Palette von Anwendungen einschließlich oberflächenverstärkter Spektroskopie, Sensorik, nichtlinearer Optik und Lichtsammlung. Die intensivsten plasmonischen Felder treten gewöhnlich in engen Spalten zwischen benachbarten metallischen Nanostrukturen auf, besonders wenn die Trennung in den Subnanometerbereich fällt. Die experimentelle Untersuchung der plasmonischen Felder in solch einem winzigen Volumen stellt jedoch immer noch eine Herausforderung für die Nanofabrikations- und Detektionstechniken dar.

Die Messung von oberflächenverstärkten Raman-Streuung (SERS) -Signalen von einer Sonde innerhalb der Nanogap-Region ist ein vielversprechender Weg, um dies zu tun, aber die Methode hat immer noch einige unlösbare Probleme: (i) wie man eine Weite kontrollierbare Subnanometer-Lücke mit gut definierten schafft Geometrie, (ii) wie die Nanosonde in einen solchen engen Spalt eingeführt wird und, was noch wichtiger ist, (iii) wie die Ausrichtung der Sonde in Bezug auf die stärkste plasmonische Feldkomponente gesteuert wird. Außerdem sollte der Anregungslaser für die maximale plasmonische Verstärkung mit den plasmonischen Resonanzen sowohl in der Wellenlänge als auch in der Polarisation übereinstimmen. Diese Anforderungen sind bei herkömmlichen SERS, die Moleküle als Sonde verwenden, schwierig gleichzeitig zu erfüllen.

Um all diese Einschränkungen zu überwinden, hat eine Forschungsgruppe um Shunping Zhang und Hongxing Xu an der Universität Wuhan in China eine quantitative SERS-Technik entwickelt, um die maximalen Plasmonenfelder zu untersuchen, bevor Effekte wie das Elektronentunneln dominieren. Die Forscher wandten sich Molybdändisulfid (MoS 2) zu, einer graphenähnlichen, zweidimensionalen Atomschicht, um den Abstand zwischen einem Goldnanopartikel und einem glatten Goldfilm einzustellen. Zum ersten Mal wurden die plasmonischen Nahfeldkomponenten in atomaren plasmonischen Nanokavitäten in vertikalen und horizontalen Richtungen quantitativ gemessen, indem winzige Flocken zweidimensionaler Atomkristalle als Sonden verwendet wurden.

In ihrer Konfiguration können die Forscher sicherstellen, dass die in den Spalt gefüllte Sonde eine genau definierte Gitterorientierung aufweist, so dass die Gitterschwingungen exakt mit den plasmonischen Feldkomponenten ausgerichtet sind. Diese Gittersonden sind frei von optischer Bleichung oder Molekülsprüngen (in / aus dem Hotspot) wie in herkömmlichen SERS-Experimenten. Sie erreichten die quantitative Extraktion plasmonischer Felder auf dem Nanogap durch Messung der SERS-Intensität aus den Phonon-Moden außerhalb der Ebene und in der Ebene des MoS 2 .

Die Robustheit des 2-D-Atomkristalls als SERS-Sonden macht SERS zu einem quantitativen analytischen Werkzeug anstatt zu einem qualitativen in den meisten früheren Anwendungen. Diese einzigartigen Designs könnten auch eine wichtige Orientierungshilfe für das Verständnis quantenmechanischer Effekte sowie plasmonverstärkter Photon-Phonon-Wechselwirkungen sein und relevante neue Anwendungen wie Quantenplasmonik und Nanogap-Optomechanik fördern.

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