Wetenschappers observeren longitudinaal plasmonveld in nanoholte op subnanoschaal

De afbeelding aan de linkerkant toont de verschillende positie van monolaag, WS₂ in de nanoholte. De grafiek aan de rechterkant illustreert de verdeling van de plasmonische veldintensiteit. Krediet: Chen Siyu

Een groep wetenschappers die werkt aan oppervlakte-versterkte Raman-spectroscopie (SERS) heeft een nanoliniaal gemaakt om inzicht te geven in de longitudinale plasmonische velden in nanoholten, volgens onderzoek gepubliceerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society.

SERS is een zeer gevoelige en krachtige spectrale analysetechniek die op verschillende gebieden kan worden toegepast. In tegenstelling tot zwakke Raman-verstrooiing, bereikt SERS een dramatisch verbeterd Raman-signaal tot 10^10-15waardoor de analyse van afzonderlijke moleculen mogelijk is.

“Hoe we de technologie ontwikkelen, hangt voor een groot deel af van wat we weten over plasmonische velden. In de experimenten zagen we een ongelijke verdeling in het plasmonische veld op nanoschaal. Maar het ontbreekt aan theoretische en experimentele ondersteuning. Dus we besloten om het uit te zoeken”, zegt Yang Liangbao, die het team leidt van de Hefei Institutes of Physical Science van de Chinese Academy of Sciences.

“Krachtige hulpmiddelen zijn nodig”, zei Yang. Aan het begin van het onderzoek moesten Yang en zijn team een ​​manier vinden om de exploratie van het plasmonveld te meten. “Dus hebben we de nanoliniaal ontworpen en gefabriceerd om ernaar te kijken in een hoge ruimtelijke resolutie.”

Ze maakten een unieke nanoliniaal met een ruimtelijke resolutie van ongeveer 7 x 10^-10 m, wat eigenlijk een plasmonische nanoholte was, gefabriceerd door ultragladde goudfilms en enkele gouden nanodeeltjes te combineren.

Daarnaast ontwierpen ze een speciale en innovatieve structuur, de afstandslaag, een vijflaags tweedimensionaal atomair kristal, waarin ze een monolaag van WS inbrachten.₂ als een SERS-sonde en de resterende vier lagen van WS₂ als referentielagen.

Dit speciale ontwerp genereerde een voldoende sterke kwantitatieve SERS-intensiteit, die in staat was om de longitudinale plasmonische veldverdeling kwantitatief en direct te detecteren.

Naast de fabricage en directe experimenten, heeft het team hun onderzoek aangevuld en gevalideerd met theoretische afleidingen, berekeningen en spectrale metingen. Hun resultaten laten zien dat het longitudinale plasmonveld in een individuele nanoholte heterogeen is verdeeld met een onverwacht grote intensiteitsgradiënt.