STM-topografier av självmonterade molekylära öar på Ag(111) för ZnTPP (0,6 V, 10 pA) och H2TBPP (1 V, 5 pA). Kreditera: Naturens nanoteknik DOI:10.1038/NNANO.2015.170
(Phys.org)— Framsteg inom ytförbättrad Raman-spektroskopi med hjälp av ett skanningstunnelmikroskop under ultrahögt vakuum och låg temperatur har gjort det möjligt för en grupp forskare från University of Science and Technology of China att särskilja två olika, men strukturellt lika, intilliggande molekyler adsorberade på en silveryta. Denna nivå av precision och känslighet kan möjliggöra framsteg inom ytkemi och exakt övervakning av DNA-sekvensering och proteinveckning. Deras arbete visas i ett färskt nummer av Naturens nanoteknik .
Tidigare arbete av denna grupp använde plasmonförstärkt Raman-avbildning för att isolera en enda molekyl av meso-tetrakis (3, 5-di-tetrabutyl-fenyl-porfyrin), eller H 2 TBPP, som var belägen i STM nanokavitet under ultrahögt vakuum och låg temperatur. Genom att använda de optimerade förhållandena för att isolera en enda molekyl, de rapporterar nu att de kan skilja mellan två porfyrinhärledda molekyler, H 2 TBPP och zink-5, 10, 15, 20-tetrafenyl-porfyrin, eller ZnTPP. Dessa strukturellt liknande molekyler är inom van der Waals avstånd från varandra och adsorberas på ett Ag(111)-substrat.
De kunde uppnå denna typ av känslighet med spetsförstärkt Raman-spridning (TERS). TERS är en Raman-förbättrande teknik som begränsar Raman-mätningar till området inom STM-spetsen, ett område som spänner över 0,5 nm. Denna rumsliga inneslutning möjliggör mycket exakta mätningar av enskilda molekyler. Förutom den stora signalförbättringen, en fördel med att använda TERS är att interaktionen mellan molekylen och metallsubstratet tar bort den potentiellt överlägsna fluorescenssignalen medan den involverade icke-linjära processen hjälper till att förbättra rumslig upplösning. Dessutom är TERS icke-invasiv vilket upprätthåller provets strukturella och kemiska integritet, och den kan skilja mellan olika molekylära konfigurationer av ytadsorberade molekyler.
Den första delen av denna studie tittade på individuella molekyler av ZnTPP och H 2 TBPP på separata Ag(111)-ytor. Även om båda dessa molekyler har liknande strukturer, deras Raman-spektra var distinkta, vilket tyder på att man skulle kunna särskilja de två molekylerna om de var på samma yta. Jiang, et al. fann också att TERS-spektra skilde sig från motsvarande Raman-pulverspektra för båda molekylerna, vilket tyder på att dessa data kombinerat med simulering av densitetsfunktionella teorier kan ge information om molekylär konfiguration på metallytan.
Nästa del av studien var att titta på ZnTPP och H 2 TBPP på samma Ag(111)-yta. De tittade på två olika molekylära "öar" som låg ungefär 2,5 nm från varandra, en med ZnTBPP och den andra med H 2 TBPP-molekyler. Öarna hade en kal Ag(111) yta emellan. De fann att TERS-spektra för den översta öns delen av ytan liknade ZnTPP medan den nedre ön hade spektra som liknade H 2 TBPP.
Jiang et al. observerade att molekyler längs kanten av en ö hade svagare TERS-spektra jämfört med molekyler inom en ö. De körde sekventiella TERS-mätningar och kunde skilja mellan ZnTPP-molekylön, inklusive molekylerna längs kanten och H 2 TBPP molekylär ö och dess kantmolekyler. De fann att även när två molekylära öar är inom van der Waals avstånd från varandra, analys av TERS-spektrumet längs linjespåret skiljer mellan en kantmolekyl på ZnTPP-ön och en kantmolekyl på H 2 Ön TPP.
Förmågan att skilja mellan en ö och en molekyl med stegkant beror på skillnader i ytkonfigurationer. Baserat på DFT-beräkningar och experimentella data, ZnTPP, särskilt, hade flera distinkta konfigurationer. Dessa är baserade på vinklar i planet och utanför planet för fenylringarna och lutningsvinkeln.
Förmågan att skilja mellan två molekyler på en yta samt bestämma deras adsorptionskonfiguration och orientering öppnar dörren för att studera ytkatalys såväl som andra biologiska system.
© 2015 Phys.org
