En ny studie har letts av prof. Xing-Hua Xia (State Key Lab of Analytical Chemistry for Life Science, School of Chemistry and Chemical Engineering, Nanjing University). Medan han analyserade det infraröda fotoinducerade kraftsvaret hos kvarts, observerade Dr. Jian Li ett unikt spektralt svar som skiljer sig från fjärrfältets infraröda absorptionsspektrum.
"Det fotoinducerade kraftsvaret följer den verkliga delen snarare än den imaginära delen av den dielektriska funktionen hos kvarts." Dr Li säger. "Vi diskuterade omedelbart med teoretikern Dr. Junghoon Jahng för att analysera experimentresultaten, och vi var överens om att det är kvartsens unika ytfononpolariton som extremt förstärker den fotoinducerade dipolkraften."
En artikel som beskriver dessa fynd publiceras i tidskriften National Science Review .
För att verifiera detta resultat jämförde teamet det spektrala svaret av kvarts med hjälp av fototermisk inducerad resonans (PTIR) och fotoinducerad kraftmikroskopi (PiFM), vilket visar att fotoinducerad dipolkraft (PiDF) dominerar de fotoinducerade termiska krafterna (PiTF) av kvarts. Eftersom PiDF visar ett mer uttalat samband med spetskvartsavståndet (~z −4 ) jämfört med PiTF ( ~z −3 ), föreslog Dr. Li ett allmänt tillvägagångssätt för nano-IR kontrastavbildning av ultratunna prover laddade ovanpå kvarts.
Det ultratunna provet, kännetecknat av en positiv reell del av permittiviteten (svag oscillator), förväntas manifestera svag PiTF och PiDF nära dess infraröda (IR) resonans. En betydande PiDF-förändring förväntas dock nära den spetsinducerade närfältsresonansen hos kvartssubstratet.
Dessa spektrala distinktioner bidrar till kontrasterna i nano-IR-avbildning. Noterbart uppvisar PiDF-svaret på kvarts en mer iögonfallande signalvariation med avseende på provtjockleken jämfört med PiTF för provet. För ultratunna prover presenterar PiDF-avbildning på kvarts en motsatt kontrast med ökad känslighet jämfört med nano-IR-kontrastavbildning med PiTF för provet.
Teamet använde en polydimetylsiloxan (PDMS) kil framställd på ett kvartssubstrat för att demonstrera den substratförstärkta nano-IR-kontrastbilden. Resultaten ger tydliga bevis för att PiDF kan användas för känslig nano-IR-avbildning av ultratunna prover under nanokavitetsgeometri med förbättrad kontrast och känslighet.
Forskarna tillämpade vidare nano-IR-avbildningsmetoden för att visualisera tunna kovalenta organiska ramlager och underjordiska defekter under block-sampolymerfilmer. De antog att genom att välja lämpliga IR-material som uppvisar fononpolaritoner/reststrahlen-band, kunde användare uppnå högupplöst nanoavbildning av specifika kristaller och polymermolekyler, såväl som biomolekyler med kända vibrationslägesfrekvenser.
Mer information: Jian Li et al, Ytfonon-polaritonförstärkt fotoinducerad dipolkraft för infraröd avbildning i nanoskala, National Science Review (2024). DOI:10.1093/nsr/nwae101
Tillhandahålls av Science China Press
