Spettri Raman per Cu(110) utilizzando linee laser discrete per l'eccitazione (cerchi aperti). La lunghezza d'onda e l'energia della luce laser incidente sono riportate a sinistra. Le caratteristiche spettrali sono state adattate alle curve Voigt, mostrate in rosso. Credito:Denk et al.
I ricercatori della Johannes Kepler University di Linz hanno studiato per diversi anni le proprietà fisiche del Cu(110), una superficie ottenuta tagliando un singolo cristallo di rame in una direzione specifica. Il loro studio più recente, pubblicato in Physical Review Letters , fornisce la prima prova della cosiddetta dispersione Raman risonante dalla superficie del metallo. Questo fenomeno comporta la dispersione anelastica dei fononi da parte della materia.
"Abbiamo già svolto molte ricerche sul Cu(110) e siamo particolarmente interessati alla transizione dello stato superficiale a 2,1 eV. Poiché gli elettroni dello stato superficiale sono confinati ai primi strati del cristallo, la superficie del Cu(110) stato è una misura sensibile della condizione della superficie. Usiamo questa elevata sensibilità per studiare vari processi fisici in superficie, come la ricostruzione della superficie dopo l'adsorbimento o la crescita molecolare", Mariella Denk, uno dei ricercatori che ha effettuato il studio, ha detto a Phys.org.
"Nel corso delle discussioni con il gruppo del Prof. Dr. Norbert Esser a Berlino, che si occupa principalmente della dispersione Raman dai semiconduttori ma ha anche esperienza nello studio delle superfici metalliche, ci è venuta l'idea di provare semplicemente a vedere se la dispersione Raman dalla superficie fononi potrebbero essere visti su Cu(110)."
In una serie di esperimenti iniziali, Denk e i suoi colleghi hanno osservato uno scattering Raman di intensità molto elevata da fononi sulla superficie di un campione di Cu(110). Hanno quindi deciso di esplorare ulteriormente questa sorprendente osservazione per determinare i meccanismi alla base.
Nei loro esperimenti, i ricercatori hanno utilizzato una tecnica chiamata spettroscopia Raman. Questo è un metodo non distruttivo per condurre analisi chimiche, che funziona focalizzando la luce di un laser sulla superficie di un campione, coprendo un punto di circa 100 μm di dimensione. La luce emessa da questo punto viene raccolta mediante una lente ed entra in un monocromatore (cioè uno strumento ottico che misura lo spettro della luce).
Struttura elettronica delle bande dai calcoli dft:gli stati di superficie sono etichettati da b1 a b4 e le bande di massa proiettate sulla superficie sono sovrapposte in grigio. Il grafico superiore mostra la variazione della distanza dei primi due piani atomici (Δz) e la variazione risultante della distanza tra b1 e b2 in Y (ΔE) per un singolo periodo di oscillazione. Credito:Denk et al.
"La radiazione elastica diffusa alla lunghezza d'onda corrispondente alla linea laser (scattering di Rayleigh) viene filtrata, mentre il resto della luce viene disperso su un rivelatore", ha spiegato Denk. "La luce laser interagisce con vibrazioni, fononi o altre eccitazioni nel sistema, provocando il cambiamento dell'energia dei fotoni laser. La differenza tra le energie della luce incidente e quella diffusa fornisce informazioni sui modi vibrazionali eccitati."
I fononi di superficie di Cu(110) - così come la loro dispersione - sono stati studiati intensamente con tecniche complementari e sono ben compresi. Denk e i suoi colleghi, tuttavia, sono stati i primi a dimostrare che è possibile osservare lo scattering Raman dai fononi di superficie su Cu(110) e che l'elevata intensità ottenuta negli esperimenti è dovuta allo scattering in risonanza con la transizione elettronica dello stato superficiale di Cu(110) a 2,1 eV. Lo hanno fatto raccogliendo misurazioni Raman dipendenti dall'energia di eccitazione e polarizzazione sul loro campione utilizzando 10 linee laser, all'interno di un intervallo di energia fotonica da 1,8 a 3 eV.
"Il nostro studio fornisce la prima prova dello scattering Raman da parte dei fononi di superficie su una superficie metallica", ha spiegato Denk. "Gli esperimenti Raman, insieme alla struttura della banda elettronica e ai calcoli della dinamica del reticolo, dipingono un quadro coerente dell'interazione tra i fononi di superficie e gli stati elettronici localizzati sulla superficie."
I risultati raccolti da questo team di ricercatori potrebbero migliorare significativamente l'attuale comprensione del Cu(110) e di altre superfici metalliche. In the future, they could pave the way for further theoretical works focusing on electron-phonon coupling occurring on metal surfaces.
"We are now planning to conduct further experiments to test whether the method can be used for high-resolution surface vibrational spectroscopy, in particular whether optical transitions at surfaces and interfaces can be used to enhance Raman scattering of vibrations of adsorbed species," Denk said. + Esplora ulteriormente
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