Fig. 1:Schema della misurazione dello scattering Raman di risonanza potenziata dalla punta. Risonanza potenziata dalla punta La diffusione Raman viene misurata da una punta in argento fabbricata mediante fresatura a fascio ionico focalizzato (FIB). Il plasmone di superficie localizzato (LSP) è eccitato da un laser di eccitazione, che genera una diffusione Raman potenziata da film ultrasottili di ossido di zinco (ZnO) cresciuti su una superficie di argento a cristallo singolo (Ag). Credito:Takashi Kumagai
La spettroscopia Raman potenziata dalla punta ha risolto lo scattering Raman di "risonanza" con una risoluzione di 1 nm in film ultrasottili di ossido di zinco cresciuti epitassialmente su una superficie d'argento a cristallo singolo. Lo scattering Raman di "risonanza" potenziato dalla punta può essere utilizzato per studiare una struttura chimica specifica su scala nanometrica e persino a livello di singola molecola e fornisce anche un nuovo approccio per la caratterizzazione ottica su scala atomica degli stati elettronici locali. Sarà un potente strumento di studio, ad esempio, difetti locali in materiali a bassa dimensionalità e siti attivi di catalisi eterogenea.
Un gruppo di ricerca del Fritz-Haber Institute di Berlino, guidato dal dottor Takashi Kumagai, ha dimostrato la spettroscopia Raman di "risonanza" potenziata dalla punta. La spettroscopia di risonanza Raman è un potente strumento per analizzare una specifica struttura chimica ad alta sensibilità, ma la sua risoluzione spaziale è stata limitata a poche centinaia di nm a causa del limite di diffrazione. Il confinamento estremo del campo all'apice della punta metallica attraverso l'eccitazione localizzata del plasmone superficiale consente di rompere questa limitazione e ora raggiungere una risoluzione di 1 nm. La spettroscopia Raman potenziata dalla punta sfrutta l'imaging a risoluzione atomica della microscopia a scansione di sonda e la diffusione Raman potenziata attraverso l'eccitazione localizzata del plasmone di superficie. Il team di ricerca ha rivelato lo scattering Raman di risonanza potenziato dalla punta in cui sono operativi meccanismi di potenziamento fisico e chimico. Il processo sottostante è stato esaminato modificando la risonanza plasmonica superficiale localizzata nella giunzione del microscopio a effetto tunnel e registrando film di ossido di zinco di diverso spessore che mostrano una struttura elettronica leggermente diversa. Inoltre, la correlazione tra diffusione Raman di risonanza potenziata dalla punta e stati elettronici locali viene risolta in combinazione con la spettroscopia a effetto tunnel che mappa lo stato elettronico locale del film di ossido di zinco. I nostri risultati mostrano esplicitamente che un campo elettromagnetico confinato può interagire con risonanze elettroniche locali su scala (sub)nanometrica.
Fig.2:Spettro Raman di risonanza con punta potenziata di film ultrasottili di ZnO su una superficie di Ag(111). (a) Immagine STM di film ZnO a 2 e 3 strati cresciuti epitassialmente su Ag(111) a 78 K. (b) Schema del film ZnO. (c) Spettro Raman di risonanza potenziato dalla punta del film ZnO. Credito:Takashi Kumagai
Fig. 3 Correlazione tra lo scattering Raman potenziato dalla punta e la struttura elettronica locale del film di ZnO. (a-b) Immagine STM e mappatura STS del film ZnO. (c) Spettri Raman potenziati dalla punta registrati in diversi siti sopra il film ZnO (rosso e blu) e la superficie Ag (nero). (d) STS a corrente costante registrati in diversi siti sul film di ZnO. (e-g) Profilo della linea di altezza STM, intensità STS, e intensità Raman. La linea è indicata in (a-b). (h) Spettri Raman di risonanza con punta potenziata registrati lungo la linea in (a-b). Credito:Takashi Kumagai
