Konventionella SERS-sonder som använder molekyler är svåra att kontrollera medan ett 2D-material är perfekt sond för de plasmoniska fälten i en nanogap. Kredit:Wen Chen, Skynda Zhang, Meng Kang, Weikang Liu, Zhenwei Ou, Yang Li, Yexin Zhang, Zhiqiang Guan, Hongxing Xu, Undersöka gränserna för plasmonisk förbättring med hjälp av en tvådimensionell atomär kristallsond, Ljus:Vetenskap och tillämpningar , doi:10.1038/s41377-018-0056-3.
En forskargrupp ledd av Shunping Zhang och Hongxing Xu vid Wuhan University, Kina, har utvecklat en kvantitativ SERS-teknik för att undersöka de maximala plasmoniska fälten innan effekter som elektrontunnling blir dominerande. Forskarna vände sig till molybdendisulfid (MoS 2 )-en grafenliknande, tvådimensionellt atomlager för att ställa in avståndet mellan en guldnanopartikel och en slät guldfilm.
Förstärkning av plasmonfält är hörnstenen i ett brett spektrum av applikationer inklusive ytförstärkt spektroskopi, avkänning, olinjär optik, och lätt skörd. De mest intensiva plasmoniska fälten uppträder vanligtvis inom smala luckor mellan intilliggande metalliska nanostrukturer, speciellt när separationen går ner till subnanometerskala. Dock, Att experimentellt sondera de plasmoniska fälten i en så liten volym utmanar fortfarande nanotillverknings- och detektionsteknikerna.
Att mäta ytförstärkta Raman-spridningssignaler (SERS) från en sond inuti nanogap-regionen är en lovande väg att göra det, men metoden står fortfarande inför flera svårlösta problem:(i) hur man skapar ett breddkontrollerbart subnanometergap med väldefinierad geometri, (ii) hur man sätter in nanosonden i ett så smalt gap, och ännu viktigare, (iii) hur man kontrollerar inriktningen av sonden med avseende på den starkaste plasmoniska fältkomponenten. Vad mer, excitationslasern bör matcha de plasmoniska resonanserna i både våglängd och polarisation för maximal plasmonisk förbättring. Dessa krav är svåra att uppfylla samtidigt i traditionella SERS som använder molekyler som sond.
För att övervinna alla dessa begränsningar, en forskargrupp ledd av Shunping Zhang och Hongxing Xu vid Wuhan University, Kina, har utvecklat en kvantitativ SERS-teknik för att undersöka de maximala plasmoniska fälten innan effekter som elektrontunnling blir dominerande. Forskarna vände sig till molybdendisulfid (MoS 2 ), en grafenliknande, tvådimensionellt atomlager för att ställa in avståndet mellan en guldnanopartikel och en slät guldfilm. För första gången, de plasmoniska närfältskomponenterna i vertikala och horisontella riktningar inom atomtjocka plasmoniska nanokaviteter mättes kvantitativt genom att använda små flingor av tvådimensionella atomkristaller som sonder.
I deras konfiguration, forskarna kan säkerställa att sonden som fylls i gapet har en väldefinierad gitterorientering så att gittervibrationerna är exakt i linje med plasmonfältets komponenter. Dessa gittersonder är fria från optisk blekning eller molekylhoppning (in/ut ur hotspot) som i traditionella SERS-experiment. De uppnådde kvantitativ extraktion av plasmoniska fält i nanogap genom att mäta SERS-intensiteten från fononlägena utanför planet och i planet i MoS 2 .
Robustheten hos den 2-D atomära kristallen som SERS-sonder gör att SERS är ett kvantitativt analytiskt verktyg istället för ett kvalitativt i de flesta tidigare applikationer. Också, dessa unika design kan ge en viktig guide för att ytterligare förstå kvantmekaniska effekter såväl som plasmonförstärkta foton-fonon-interaktioner och främja relevanta nya tillämpningar, såsom kvantplasmonik och nanogap-optomekanik.
