尖端增强拉曼光谱在纳米尺度上的化学成像

通过模块化设计和灵活的配置，WITec alpha 300s集成了衍射限制拉曼成像和扫描近场光学显微镜(SNOM)在一个单一的仪器。根据瑞利对衍射极限的定义和阿贝衍射理论，共焦拉曼成像有可能实现约200nm的空间分辨率。

悬臂式SNOM探头的孔径大小在60-90nm范围内，是SNOM技术分辨率的唯一限制。由于光线较弱，使得拉曼和SNOM组合仅适用于异常强的拉曼散射体或表面增强拉曼光谱(SERS)实验，通过SNOM尖端获取拉曼图像。SERS技术背后的原理是通过使分子与金属(金、银)接近而形成纳米结构或纳米粒子等离子体共振，从而导致拉曼光谱强度的显著增加。

尖端增强拉曼光谱(TERS)

TERS可以作为一种替代方法来实现远低于衍射极限的横向分辨率。在典型的TERS分析中，采用镀金或镀银的AFM尖端作为纳米结构，在激发激光聚焦于尖端尖端并使尖端与表面接近后，在样品表面实现拉曼信号增强(图1)。

图1所示。TERS工作原理。

表征AFM测量横向分辨率的尖端半径通常在10-20nm范围内。在TERS分析中，横向分辨率依赖于热点的大小。因此，预期的拉曼光谱和成像测量的分辨率在20-50nm范围内。

有必要阐明源物体参数tip-apex用激励激光从上面，下面或侧面。alpha300 SR SNOM共焦拉曼组合提供了所有这些激发方法的光束路径几何(图2)。这篇文章展示了碳纳米线的结果，以证明alpha300 SR SNOM共焦拉曼组合的TERS能力。

图2。WITec alpha300 TERS配置:激励从侧面，上面或下面;检测从侧面，上面或下面。

碳纳米线分析与alpha300 SR

图3为碳纳米线的AFM形貌图，揭示了材料的形状和尺寸。参数测量通过将尖端从上方与纳米线接触，并从下方进行激励(532nm)和检测来实现。拉曼信号是用经过60 × 0.8 NA校正的覆盖玻璃物镜获得的。

图3。a)本研究TERS实验用碳纳米线的AFM形貌图。b)指示线处的截面数据。

实验结果与讨论

第一个实验研究了一般尖端诱导效应的影响，以适当地验证TERS几何形状获得的结果。在分析过程中，将Si/ al涂层的AFM针尖靠近纳米线，预期没有显著的拉曼信号增强。图4描绘了两种光谱:红色光谱显示了尖端缩回时的强度，蓝色光谱描绘了尖端靠近时的拉曼光谱的强度，代表了两个因子的增强。由于铝通常不会引起增强，这种效应可能是由于镜面反射(伪ters)。

图4。Pseudo-TERS效果。用Si/ al涂层AFM探针在碳纳米线上获得的拉曼光谱。

第二个实验是将镀银Si原子力显微镜探针靠近纳米线并测量光谱强度(图5)。图5中的蓝色光谱代表探针缩回时的光谱强度;然而，红色光谱代表尖端接近时的强度。结果显示了高达12倍的增强，清楚地显示了在尖端发生的增强，当它接近纳米线。

图5。a)纳米线的针尖增强拉曼光谱。蓝色光谱:尖端缩回，红色光谱:尖端接近;b)放大指纹区域，增强倍数可达12倍。

结论

从结果可以看出，alpha300 SR是一种适合于TERS的系统，可以进行不同的TERS实验，包括在TERS模式下获取单个拉曼光谱到纳米级拉曼成像。这些结果也证实了alpha300 SR是理想的化学成像在分辨率超过衍射极限。然而，需要解决各种挑战，以建立这种技术作为标准和常规的分析方法。

用户必须能够区分伪TERS效果和真正的TERS增强效果，并采取措施减少或消除这些不需要的效果。ters探针的可用性是另一个需要解决的挑战。需要在TERS成像和尖端功能化领域开展更多的研究，以建立TERS方法作为各相关应用领域的标准和常规分析技术。TERS的能力WITec alpha300系列显微镜帮助完成这样的实验。

此信息已从WITec GmbH提供的材料中获取、审查和改编。亚博网站下载

有关此来源的更多信息，请访问WITec GmbH是一家．