Le sonde SERS convenzionali che utilizzano la molecola sono difficili da controllare mentre un materiale 2D è una sonda perfetta per i campi plasmonici in un nanogap. Credito:Wen Chen, Shunping Zhang, Meng Kang, Weikang Liu, Zhenwei Ou, Yang Li, Yexin Zhang, Zhiqiang Guan, Hongxing Xu, Sondare i limiti del potenziamento plasmonico usando una sonda a cristallo atomico bidimensionale, Luce:scienza e applicazioni , doi:10.1038/s41377-018-0056-3.
Un gruppo di ricerca guidato da Shunping Zhang e Hongxing Xu dell'Università di Wuhan, Cina, ha sviluppato una tecnica SERS quantitativa per sondare i campi plasmonici massimi prima che effetti come il tunneling elettronico diventino dominanti. I ricercatori si sono rivolti al bisolfuro di molibdeno (MoS 2 )-un simile al grafene, strato atomico bidimensionale per regolare la distanza tra una nanoparticella d'oro e un film d'oro liscio.
Il potenziamento del campo plasmonico è la pietra angolare di un'ampia gamma di applicazioni, tra cui la spettroscopia potenziata di superficie, rilevamento, ottica non lineare, e raccolta leggera. I campi plasmonici più intensi di solito compaiono all'interno di stretti spazi tra nanostrutture metalliche adiacenti, soprattutto quando la separazione scende a scala subnanometrica. Però, sondare sperimentalmente i campi plasmonici in un volume così piccolo sfida ancora le tecniche di nanofabbricazione e rilevamento.
La misurazione dei segnali di diffusione Raman potenziata dalla superficie (SERS) da una sonda all'interno della regione del nanogap è una strada promettente per farlo, ma il metodo deve ancora affrontare diversi problemi intrattabili:(i) come creare un gap subnanometrico controllabile in larghezza con una geometria ben definita, (ii) come inserire la nanosonda in uno spazio così stretto, e, cosa più importante, (iii) come controllare l'allineamento della sonda rispetto alla componente più forte del campo plasmonico. Cosa c'è di più, il laser di eccitazione dovrebbe corrispondere alle risonanze plasmoniche sia in lunghezza d'onda che in polarizzazione per il massimo miglioramento plasmonico. Questi requisiti sono difficili da soddisfare contemporaneamente nei SERS tradizionali che utilizzano molecole come sonda.
Per superare tutti questi limiti, un gruppo di ricerca guidato da Shunping Zhang e Hongxing Xu presso l'Università di Wuhan, Cina, ha sviluppato una tecnica SERS quantitativa per sondare i campi plasmonici massimi prima che effetti come il tunneling elettronico diventino dominanti. I ricercatori si sono rivolti al bisolfuro di molibdeno (MoS 2 ), simile al grafene, strato atomico bidimensionale per regolare la distanza tra una nanoparticella d'oro e un film d'oro liscio. Per la prima volta, i componenti plasmonici del campo vicino in direzione verticale e orizzontale all'interno di nanocavità plasmoniche spesse come un atomo sono stati misurati quantitativamente utilizzando minuscole scaglie di cristalli atomici bidimensionali come sonde.
Nella loro configurazione, i ricercatori possono garantire che la sonda riempita nello spazio vuoto abbia un orientamento reticolare ben definito in modo tale che le vibrazioni reticolari siano allineate con precisione con i componenti del campo plasmonico. Queste sonde reticolari sono prive di sbiancamento ottico o salti di molecole (dentro/fuori dall'hotspot) come negli esperimenti SERS tradizionali. Hanno ottenuto l'estrazione quantitativa dei campi plasmonici nel nanogap misurando l'intensità del SERS dai modi fononici fuori piano e nel piano del MoS 2 .
La robustezza del cristallo atomico 2-D come sonde SERS promuove SERS come uno strumento analitico quantitativo anziché qualitativo nella maggior parte delle applicazioni precedenti. Anche, questi progetti unici potrebbero fornire una guida importante per comprendere ulteriormente gli effetti della meccanica quantistica e le interazioni fotone-fonone potenziate da plasmoni e promuovere nuove applicazioni pertinenti, come la plasmonica quantistica e l'optomeccanica nanogap.
