Sonder les limites du rehaussement plasmonique à l'aide d'une sonde à cristaux atomiques à deux dimensions

Anonim

Un groupe de recherche dirigé par Shunping Zhang et Hongxing Xu de l’Université de Wuhan, en Chine, a mis au point une technique SERS quantitative pour sonder le maximum de champs plasmoniques avant que des effets tels que le tunnel électronique ne deviennent dominants. Les chercheurs se sont tournés vers le bisulfure de molybdène (MoS 2), une couche atomique bidimensionnelle de type graphène pour ajuster la distance entre une nanoparticule d'or et un film d'or lisse.

L'amélioration du champ plasmonique est la pierre angulaire d'une large gamme d'applications, notamment la spectroscopie à surface améliorée, la détection, l'optique non linéaire et la récolte de lumière. Les champs plasmoniques les plus intenses apparaissent généralement dans des espaces étroits entre des nanostructures métalliques adjacentes, en particulier lorsque la séparation se réduit à l'échelle subnanométrique. Cependant, le fait de sonder expérimentalement les champs plasmoniques dans un volume aussi réduit remet encore en cause les techniques de nanofabrication et de détection.

La mesure des signaux de diffusion Raman à surface améliorée (SERS) à partir d’une sonde à l’intérieur de la région nanogap est une solution prometteuse, mais la méthode se heurte à plusieurs problèmes: (i) comment créer un écart sub-nanométrique géométrie, (ii) comment insérer la nano-sonde dans un espace aussi étroit, et plus important encore, (iii) comment contrôler l'alignement de la sonde par rapport à la composante plasmonique la plus forte. De plus, le laser d'excitation doit correspondre aux résonances plasmoniques à la fois en longueur d'onde et en polarisation pour le maximum de rehaussement plasmonique. Ces exigences sont difficiles à satisfaire simultanément dans les SERS traditionnels utilisant des molécules comme sonde.

Pour surmonter toutes ces limitations, un groupe de recherche dirigé par Shunping Zhang et Hongxing Xu de l’Université de Wuhan, en Chine, a mis au point une technique SERS quantitative pour sonder le maximum de champs plasmoniques avant que des effets tels que Les chercheurs se sont tournés vers le bisulfure de molybdène (MoS 2), une couche atomique bidimensionnelle de type graphène pour ajuster la distance entre une nanoparticule d'or et un film d'or lisse. Pour la première fois, les composants plasmoniques du champ proche dans les directions verticale et horizontale dans les nanocavités plasmoniques épaisses aux atomes ont été mesurés quantitativement en utilisant de minuscules paillettes de cristaux atomiques bidimensionnels comme sondes.

Dans leur configuration, les chercheurs peuvent s’assurer que la sonde remplie dans l’espace présente une orientation de réseau bien définie, de sorte que les vibrations du réseau soient précisément alignées sur les composants du champ plasmonique. Ces sondes de réseau sont exemptes de blanchiment optique ou de saut de molécule (entrée / sortie du point chaud), comme dans les expériences SERS traditionnelles. Ils ont réalisé l'extraction quantitative de champs plasmoniques dans le nanogap en mesurant l'intensité SERS à partir des modes phononiques hors plan et dans le plan du MoS 2.

La robustesse du cristal atomique 2D comme les sondes SERS favorisent le SERS en tant qu’outil analytique quantitatif au lieu d’un outil qualitatif dans la plupart des applications précédentes. En outre, ces conceptions uniques pourraient fournir un guide important pour mieux comprendre les effets de la mécanique quantique ainsi que les interactions photon-phonon améliorées par plasmons et promouvoir de nouvelles applications pertinentes, telles que la plasmonique quantique et l'optomécanique nanogap.

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