När en svag ljusstråle av grön färg lyser upp molekylen ensam, molekylen är synlig men brist på strukturella detaljer (på grund av den optiska diffraktionsgränsen). Dock, när den placeras under en spets, ett mycket mer intensivt och lokaliserat rött skiftat ljus, produceras av plasmonfältet, verkar på molekylen. Kombinationen av båda strålarna projicerar molekylens vibrationsfingeravtryck in i den utsändande strålen, kemiskt lösa molekylens inre struktur med sub-nm upplösning. Upphovsman:Dong Xie och Rongting Zhou.
(Phys.org) - Ett team av forskare som arbetar vid Kinas universitet för vetenskap och teknik har lyckats utveckla en kemisk kartläggningsteknik som kan avslöja de bestående atomerna i en enda molekyl. I deras tidning publicerad i tidningen Natur , teamet beskriver hur de kombinerade Raman -spektroskopi med ett skanningstunnelmikroskop (STM) för att möjliggöra kemisk kartläggning av en molekyl till en upplösning på mindre än 1 nm.
Ramanspektroskopi är där kemister lyser en laser på en liten grupp molekyler och sedan mäter ljuset när det studsar tillbaka. Fotonerna från ljuskällan får molekylerna att vibrera och interagerar med bindningarna som håller ihop molekylerna och orsakar en förändring i deras frekvens - spridningen som resulterar är unik för varje typ av molekyl och gör att metoden kan användas som en sätt att identifiera molekyltyper.
Överst till vänster:experimentell karta över en isolerad porfyrinmolekyl för en given vibrationsfrekvens som avslöjar fyrlobsmönstret. Nederst till vänster:teoretisk beräkning av samma molekylvibration som visar dess fingeravtryck. Till höger:molekylstruktur av porfyrinet som användes i experimentet. Upphovsman:Guoyan Wang och Yan Liang.
En STM är en enhet som gör det möjligt att skapa bilder av material på atomnivå - en av dess unika egenskaper är den mycket lilla metallspetsen som används vid scanningen. I denna nya insats kombinerade forskarna Raman -spektroskopi med STM för att möjliggöra oöverträffade nivåer av molekylär kartläggning.
Tidigare forskning har visat att när en STM -spets placeras inom nanometer av vissa metaller, plasmonisk excitation uppstår som i kombination med Raman -spridning kan möjliggöra kartläggning av molekyler inom 10 nm. I denna nya forskning, teamet har funnit att om frekvensen av plasmonisk excitation justeras för att matcha de molekylära vibrationer som orsakas av fotoner från laserljuset, Ramansignalen ökas kraftigt, vilket resulterar i en förmåga att kartlägga molekylen som studeras till mindre än 1 nm.
På grund av den optiska diffraktionsgränsen, en enda porfyrinmolekyl kan inte lösas genom konventionell optisk avbildning med en grön laser ensam. Dock, när molekylen är placerad under en spets, ett mycket mer intensivt och lokaliserat rött skiftat ljus, produceras av plasmonfältet, verkar på molekylen. Kombinationen av båda strålarna projicerar molekylens vibrationsfingeravtryck in i den utsändande strålen, kemiskt lösa molekylens inre struktur med sub-nm upplösning.
Forskarna noterar att deras teknik fortfarande är i de mycket tidiga utvecklingsstadierna-hittills har de bara kunnat använda den på en molekyl-ett ringformat porfyrin. Processen de noterar, är svårt och kan ta veckor eller månader att göra dess tillämpning opraktisk vid denna tidpunkt för allmänna forskningsinsatser. Det fungerar också bara när molekylen som studeras hålls i ett vakuum och i en -200 ° C miljö. Om tekniken dock kan bötfällas, det kommer att tillåta framtida kemister att identifiera atomerna i enskilda molekyler. Ett sådant verktyg kan öppna dörren till nya sätt att studera molekyler på nanoskala nivå samt bindningarna som håller dem samman.
Vänster:Schematiskt diagram över tunnelförsedd spetsförstärkt Ramanspridning (TERS) i en konfokaltypsbelysningskonfiguration, där Vb är provförspänningen och Det är tunnlingsströmmen. Ett laserljus fokuseras in i nanokaviteten som definieras av scanningstunnelmikroskop (STM) spets och substrat. Det starka lokala plasmoniska fältet som genereras av infallslasern orsakar förstärkning av Ramans spridning från den enda molekylen under spetsen. Överst till höger:TERS -spektrum förvärvat på loben; Nederst till höger:TERS-karta för vibrationsläget vid ca 817 cm-1 och motsvarande linjeprofil. Upphovsman:Zhenchao Dong
© 2013 Phys.org
