팁 강화 라만 분광기

Tip-enhanced Raman spectroscopy

팁 강화 라만 분광법은 표면 강화 라만 분광법(SERS)에 대한 전문가 접근법으로, 라만 산란 강화는 원자적으로 거의 날카로운 핀 지점에서만 발생하며, 일반적으로 금으로 코팅된다.[1]null

라만 현미경을 포함한 광학 현미경을 사용하여 얻을 수 있는 최대 분해능은 입사광의 파장의 약 절반인 아베 제한에 의해 제한된다.더욱이 SERS 분광법을 통해 얻은 신호는 비교적 많은 수의 분자의 합이다.TERS는 얻은 라만 스펙트럼이 주로 팁의 수십 나노미터 이내 분자에서 발생하기 때문에 이러한 한계를 극복한다.null

역사

향상된 라만 분광법에 대한 최초의 보고들은 일반적으로 원자력 현미경과 결합된 라만 현미경을 사용했다.스캐닝 터널링 현미경(STM-TERS)과 결합된 팁 강화 라만 분광법도 금속 탐침과 금속 기질 사이의 갭 모드 플라스몬을 활용하기 때문에 신뢰할 수 있는 기법이 되었다.[2][3]null

장비

팁이 강화된 라만 분광학에는 콘포칼로컬 현미경과 스캐닝 프로브 현미경이 필요하다.광학 현미경은 레이저 초점을 SERS 활성 금속으로 코팅된 팁과 정렬하는 데 사용된다.대표적인 세 가지 실험 구성은 입사 레이저가 기질에 대해 샘플을 향해 전파하는 방향에 따라 하단 조명, 측면 조명 및 상단 조명이다.STM-TERS의 경우 기질이 전도성이어야 하므로 일반적으로 투명하지 않기 때문에 측면 및 상단 조명 구성만 적용할 수 있다.이 경우 입사 레이저는 대개 팁 꼭지점에서 제한된 표면 플라스몬을 생성하기 위해 팁에 평행하게 선형 편극되고 정렬된다.레이저가 팁에 집중되도록 샘플은 팁보다 이동한다.표본을 체계적으로 이동하여 표면의 라만 지도를 제작할 수 있는 일련의 팁 강화 라만 스펙트럼을 구축할 수 있어 최대 1.7nm 분해능으로 표면 이질성을 평가할 수 있다.[4][5]나노미터 미만의 분해능은 특정 경우에 입증되어 분자 형상을 해결할 수 있다.[6][7]null

렌즈 없는 TERS 측정을 위한 섬유 인 파이버 아웃 근거리 스캐닝 광학 현미경(NSOM) 프로브 설계.

2019년 옌(Yan)그룹과 리버사이드(Riversity of California) 류(Ru)그룹은 테이퍼형 광섬유의 입사광선을 금속 나노와이어의 꼭지점까지 집중시키고 같은 광섬유를 통해 라만 신호를 수집하는 렌즈 없는 나노공작 기술을 개발했다.섬유 인 파이버 아웃 NSOM-TERS가 개발되었다.[8][9]null

적용들

여러 연구에서 TERS를 사용하여 단일 원자와 분자의 내부 구조를 이미지화했다.[10][11][12][13]어바인은 2019년 미국 캘리포니아대 스페이스타임리미트 화학센터의 아라 압카리안 집단이 TRS를 이용해 단일 포르피린 분자의 진동 정상모드(vibrational mode)를 구현했다.[14]TRS 기반 DNA 염기서열도 입증됐다.[15]TERS는 기능화된 팁을 사용하는 2D CuN2 절연체의 이온 선택적 원자 분해 영상에도 사용되었다.[16]null

참조

  1. ^ Sonntag, Matthew D.; Pozzi, Eric A.; Jiang, Nan; Hersam, Mark C.; Van Duyne, Richard P. (18 September 2014). "Recent Advances in Tip-Enhanced Raman Spectroscopy". The Journal of Physical Chemistry Letters. 5 (18): 3125–3130. doi:10.1021/jz5015746. PMID 26276323.
  2. ^ Anderson, Mark S. (2000). "Locally enhanced Raman spectroscopy with an atomic force microscope (AFM-TERS)". Applied Physics Letters. 76 (21): 3130. Bibcode:2000ApPhL..76.3130A. doi:10.1063/1.126546.
  3. ^ Stöckle, Raoul M.; Suh, Yung Doug; Deckert, Volker; Zenobi, Renato (February 2000). "Nanoscale chemical analysis by tip-enhanced Raman spectroscopy". Chemical Physics Letters. 318 (1–3): 131–136. Bibcode:2000CPL...318..131S. doi:10.1016/S0009-2614(99)01451-7.
  4. ^ Hayazawa, Norihiko; Inouye, Yasushi; Sekkat, Zouheir; Kawata, Satoshi (September 2000). "Metallized tip amplification of near-field Raman scattering". Optics Communications. 183 (1–4): 333–336. Bibcode:2000OptCo.183..333H. doi:10.1016/S0030-4018(00)00894-4.
  5. ^ Chen, Chi; Hayazawa, Norihiko; Kawata, Satoshi (12 February 2014). "A 1.7 nm resolution chemical analysis of carbon nanotubes by tip-enhanced Raman imaging in the ambient". Nature Communications. 5: 3312. Bibcode:2014NatCo...5.3312C. doi:10.1038/ncomms4312. PMID 24518208.
  6. ^ Jiang, S.; Zhang, X.; Zhang, Y.; Hu, Ch.; Zhang, R.; Liao, Y.; Smith, Z.; Dong, Zh. (6 June 2017). "Subnanometer-resolved chemical imaging via multivariate analysis of tip-enhanced Raman maps". Light Sci Appl. 6: e17098. doi:10.1038/lsa.2017.98.
  7. ^ Smolsky, Joseph; Krasnoslobodtsev, Alexey (8 August 2018). "Nanoscopic imaging of oxidized graphene monolayer using Tip-Enhanced Raman Scattering". Nano Research. 11: 6346–6359. doi:10.1007/s12274-018-2158-x.
  8. ^ Kim, Sanggon; Yu, Ning; Ma, Xuezhi; Zhu, Yangzhi; Liu, Qiushi; Liu, Ming; Yan, Ruoxue (2019). "High external-efficiency nanofocusing for lens-free near-field optical nanoscopy". Nature Photonics. 13 (9): 636–643. doi:10.1038/s41566-019-0456-9. ISSN 1749-4893.
  9. ^ Ober, Holly. "Fiber-optic probe can see molecular bonds". UC Riverside News. Retrieved 2020-01-10.
  10. ^ Hou, J. G.; Yang, J. L.; Luo, Y.; Aizpurua, J.; Y. Liao; Zhang, L.; Chen, L. G.; Zhang, C.; Jiang, S. (June 2013). "Chemical mapping of a single molecule by plasmon-enhanced Raman scattering". Nature. 498 (7452): 82–86. Bibcode:2013Natur.498...82Z. doi:10.1038/nature12151. hdl:10261/102366. ISSN 1476-4687. PMID 23739426.
  11. ^ Lee, Joonhee; Tallarida, Nicholas; Chen, Xing; Liu, Pengchong; Jensen, Lasse; Apkarian, Vartkess Ara (2017-10-12). "Tip-Enhanced Raman Spectromicroscopy of Co(II)-Tetraphenylporphyrin on Au(111): Toward the Chemists' Microscope". ACS Nano. 11 (11): 11466–11474. doi:10.1021/acsnano.7b06183. ISSN 1936-0851. PMID 28976729.
  12. ^ Tallarida, Nicholas; Lee, Joonhee; Apkarian, Vartkess Ara (2017-10-09). "Tip-Enhanced Raman Spectromicroscopy on the Angstrom Scale: Bare and CO-Terminated Ag Tips". ACS Nano. 11 (11): 11393–11401. doi:10.1021/acsnano.7b06022. ISSN 1936-0851. PMID 28980800.
  13. ^ Lee, Joonhee; Tallarida, Nicholas; Chen, Xing; Jensen, Lasse; Apkarian, V. Ara (June 2018). "Microscopy with a single-molecule scanning electrometer". Science Advances. 4 (6): eaat5472. Bibcode:2018SciA....4.5472L. doi:10.1126/sciadv.aat5472. ISSN 2375-2548. PMC 6025905. PMID 29963637.
  14. ^ Lee, Joonhee; Crampton, Kevin T.; Tallarida, Nicholas; Apkarian, V. Ara (April 2019). "Visualizing vibrational normal modes of a single molecule with atomically confined light". Nature. 568 (7750): 78–82. Bibcode:2019Natur.568...78L. doi:10.1038/s41586-019-1059-9. ISSN 0028-0836. PMID 30944493.
  15. ^ He, Zhe; Han, Zehua; Kizer, Megan; Linhardt, Robert J.; Wang, Xing; Sinyukov, Alexander M.; Wang, Jizhou; Deckert, Volker; Sokolov, Alexei V. (2019-01-16). "Tip-Enhanced Raman Imaging of Single-Stranded DNA with Single Base Resolution". Journal of the American Chemical Society. 141 (2): 753–757. doi:10.1021/jacs.8b11506. ISSN 0002-7863. PMID 30586988.
  16. ^ Crampton, Kevin T.; Lee, Joonhee; Apkarian, V. Ara (2019-06-25). "Ion-Selective, Atom-Resolved Imaging of a 2D Cu2N Insulator: Field and Current Driven Tip-Enhanced Raman Spectromicroscopy Using a Molecule-Terminated Tip". ACS Nano. 13 (6): 6363–6371. doi:10.1021/acsnano.9b02744. ISSN 1936-0851. PMID 31046235.