Eine Gruppe von Wissenschaftlern, die an oberflächenverstärkter Raman-Spektroskopie (SERS) arbeiten, hat ein Nanolineal hergestellt, um einen Einblick in die longitudinalen plasmonischen Felder in Nanokavitäten zu geben, so die in der veröffentlichten Forschungsergebnisse Zeitschrift der American Chemical Society.
SERS ist eine hochempfindliche und leistungsstarke Spektralanalysetechnik, die in verschiedenen Bereichen anwendbar ist. Im Gegensatz zur schwachen Raman-Streuung erreicht SERS ein dramatisch verstärktes Raman-Signal von bis zu 1010–15, was die Analyse einzelner Moleküle ermöglicht.
„Wie wir die Technologie entwickeln, hängt zu einem großen Teil davon ab, was wir über plasmonische Felder wissen. In den Experimenten haben wir eine ungleichmäßige Verteilung des plasmonischen Felds im Nanomaßstab beobachtet. Aber es fehlt die theoretische und experimentelle Unterstützung. Also wir beschlossen, es herauszufinden“, sagte Yang Liangbao, der das Team am Hefei Institute of Physical Science der Chinesischen Akademie der Wissenschaften leitet.
„Wir brauchen leistungsstarke Werkzeuge“, sagte Yang. Zu Beginn der Studie mussten Yang und sein Team einen Weg finden, die Erforschung plasmonischer Felder zu messen. „Also haben wir das Nanolineal entworfen und hergestellt, um es in hoher räumlicher Auflösung zu untersuchen.“
Sie stellten ein einzigartiges Nanolineal mit einer räumlichen Auflösung von etwa 7 x 10-10 m her, das eigentlich ein plasmonischer Nanohohlraum war, der durch die Kombination von ultraglatten Goldfilmen und einzelnen Goldnanopartikeln hergestellt wurde.
Darüber hinaus entwarfen sie eine spezielle und innovative Struktur, die Abstandsschicht, bei der es sich um einen fünfschichtigen zweidimensionalen Atomkristall handelt, in den sie eine Monoschicht von WS2 als SERS-Sonde und die verbleibenden vier Schichten von WS2 als Referenzschichten einfügten.
Dieses spezielle Design erzeugte eine ausreichend starke quantitative SERS-Intensität, die in der Lage war, die longitudinale plasmonische Feldverteilung quantitativ und direkt zu erfassen.
Neben der Herstellung und direkten Experimenten ergänzte und validierte das Team seine Forschung mit theoretischen Ableitungen, Berechnungen und spektralen Messungen. Ihre Ergebnisse zeigen, dass das longitudinale plasmonische Feld in einer einzelnen Nanokavität heterogen mit einem unerwartet großen Intensitätsgradienten verteilt ist.
Siyu Chen et al., Einblick in die Heterogenität des longitudinalen plasmonischen Feldes in einer Nanokavität unter Verwendung einer interkalierten zweidimensionalen atomaren Kristallsonde mit einer Auflösung von ∼7 Å, Zeitschrift der American Chemical Society (2022). DOI: 10.1021/jacs.2c03081