Espectros Raman para Cu(110) usando líneas láser discretas para excitación (círculos abiertos). La longitud de onda y la energía de la luz láser incidente se dan a la izquierda. Las características espectrales se ajustaron a las curvas de Voigt, que se muestran en rojo. Crédito:Denk et al.
Investigadores de la Universidad Johannes Kepler de Linz han estado investigando las propiedades físicas del Cu(110), una superficie que se obtiene al cortar un solo cristal de cobre en una dirección específica, durante varios años. Su estudio más reciente, presentado en Physical Review Letters , proporciona la primera evidencia de la llamada dispersión Raman resonante desde la superficie del metal. Este fenómeno implica la dispersión inelástica de fonones por la materia.
"Ya hemos investigado mucho sobre el Cu(110) y estamos particularmente interesados en la transición del estado de la superficie a 2,1 eV. Debido a que los electrones del estado de la superficie están confinados a las primeras capas del cristal, la superficie del Cu(110) El estado es una medida sensible de la condición de la superficie. Usamos esta alta sensibilidad para estudiar varios procesos físicos en la superficie, como la reconstrucción de la superficie después de la adsorción o el crecimiento molecular", dijo Mariella Denk, una de las investigadoras que llevó a cabo el estudio, le dijo a Phys.org.
"En el curso de las discusiones con el grupo del Prof. Dr. Norbert Esser en Berlín, que se ocupa principalmente de la dispersión Raman de los semiconductores, pero también tiene experiencia en el estudio de superficies metálicas, se nos ocurrió la idea de simplemente tratar de ver si la dispersión Raman de la superficie los fonones se podían ver en Cu(110)."
En una serie de experimentos iniciales, Denk y sus colegas observaron una dispersión Raman de muy alta intensidad de fonones en la superficie de una muestra de Cu(110). Luego decidieron explorar más a fondo esta sorprendente observación para determinar los mecanismos que la sustentan.
En sus experimentos, los investigadores utilizaron una técnica llamada espectroscopia Raman. Este es un método no destructivo para realizar análisis químicos, que funciona enfocando la luz de un láser en la superficie de una muestra, cubriendo un punto de aproximadamente 100 μm de tamaño. La luz emitida desde este punto se recoge con una lente y entra en un monocromador (es decir, un instrumento óptico que mide el espectro de la luz).
Estructura de bandas electrónicas a partir de cálculos de dft:los estados de la superficie están etiquetados como b1 a b4 y las bandas de volumen proyectadas en la superficie están superpuestas en gris. El gráfico superior muestra la variación de la distancia de los dos planos atómicos superiores (Δz) y la variación resultante de la distancia entre b1 y b2 en Y (ΔE) para un solo período de oscilación. Crédito:Denk et al.
"La radiación dispersa elástica en la longitud de onda correspondiente a la línea láser (dispersión de Rayleigh) se filtra, mientras que el resto de la luz se dispersa en un detector", explicó Denk. "La luz láser interactúa con vibraciones, fonones u otras excitaciones en el sistema, lo que hace que cambie la energía de los fotones láser. La diferencia en las energías de la luz incidente y dispersa proporciona información sobre los modos vibratorios excitados".
Los fonones superficiales de Cu(110), así como su dispersión, se estudiaron intensamente mediante técnicas complementarias y se comprenden bien. Sin embargo, Denk y sus colegas fueron los primeros en demostrar que se puede observar la dispersión Raman de los fonones superficiales en Cu(110) y que la alta intensidad obtenida en los experimentos se debe a la dispersión en resonancia con la transición electrónica del estado superficial de Cu(110). Cu(110) a 2,1 eV. Lo hicieron mediante la recopilación de mediciones Raman dependientes de la energía de excitación y la polarización en su muestra utilizando 10 líneas láser, dentro de un rango de energía de fotones de 1,8 a 3 eV.
"Nuestro estudio proporciona la primera evidencia de dispersión Raman por fonones superficiales en una superficie metálica", explicó Denk. "Los experimentos de Raman, junto con la estructura de banda electrónica y los cálculos de dinámica de celosía, pintan una imagen coherente de la interacción entre los fonones de superficie y los estados electrónicos localizados en la superficie".
Los hallazgos recopilados por este equipo de investigadores podrían mejorar significativamente la comprensión actual de Cu(110) y otras superficies metálicas. 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.
© 2022 Science X Network Quantum interference directed chiral Raman scattering in 2-D enantiomers
