Fig. 1:Esquema de la medición de la dispersión Raman de resonancia mejorada en la punta. La dispersión Raman de resonancia mejorada con punta se mide mediante una punta de plata fabricada mediante fresado con haz de iones enfocado (FIB). El plasmón de superficie localizado (LSP) es excitado por un láser de excitación, que genera una dispersión Raman mejorada a partir de películas ultrafinas de óxido de zinc (ZnO) que crecen en una superficie de plata monocristalina (Ag). Crédito:Takashi Kumagai
La espectroscopía Raman mejorada con punta resolvió la dispersión Raman de "resonancia" con una resolución de 1 nm en películas de óxido de zinc ultrafinas que crecieron epitaxialmente sobre una superficie de plata monocristalina. La dispersión Raman de "resonancia" mejorada con punta se puede utilizar para investigar una estructura química específica a nanoescala e incluso a nivel de una sola molécula y también proporciona un nuevo enfoque para la caracterización óptica a escala atómica de estados electrónicos locales. Esta será una herramienta poderosa para estudiar, por ejemplo, defectos locales en materiales de baja dimensión y sitios activos de catálisis heterogénea.
Un equipo de investigación del Instituto Fritz-Haber de Berlín, encabezada por el Dr. Takashi Kumagai, demostró espectroscopía Raman de "resonancia" mejorada con punta. La espectroscopia de resonancia Raman es una poderosa herramienta para analizar una estructura química específica a una alta sensibilidad, pero su resolución espacial se ha restringido a unos pocos cientos de nm debido al límite de difracción. El confinamiento extremo del campo en un ápice de la punta de metal a través de la excitación del plasmón superficial localizado permite romper esta limitación y ahora alcanzar una resolución de 1 nm. La espectroscopia Raman mejorada con punta aprovecha las imágenes de resolución atómica de la microscopía de sonda de barrido y la dispersión Raman mejorada a través de la excitación localizada del plasmón superficial. El equipo de investigación reveló una dispersión Raman de resonancia mejorada en la punta en la que están operativos tanto los mecanismos de mejora física como química. El proceso subyacente se examinó modificando la resonancia del plasmón de superficie localizada en la unión del microscopio de efecto túnel de barrido y registrando películas de óxido de zinc de diferentes espesores que exhiben una estructura electrónica ligeramente diferente. Además, la correlación entre la dispersión Raman de resonancia mejorada en la punta y los estados electrónicos locales se resuelve en combinación con la espectroscopia de túnel de barrido que mapea el estado electrónico local de la película de óxido de zinc. Nuestros resultados muestran explícitamente que un campo electromagnético confinado puede interactuar con resonancias electrónicas locales en la escala (sub) nanométrica.
Fig.2:Espectro Raman de resonancia mejorada con punta de películas ultrafinas de ZnO en una superficie de Ag (111). (a) Imagen STM de películas de ZnO de 2 y 3 monocapas cultivadas epitaxialmente en Ag (111) a 78 K. (b) Esquema de la película de ZnO. (c) Espectro Raman de resonancia con punta mejorada de la película de ZnO. Crédito:Takashi Kumagai
Fig. 3 Correlación entre la dispersión Raman mejorada con punta y la estructura electrónica local de la película de ZnO. (a-b) Imagen STM y mapeo STS de la película de ZnO. (c) Espectros Raman con punta mejorada registrados en diferentes sitios sobre la película de ZnO (rojo y azul) y la superficie de Ag (negro). (d) STS de corriente constante registrada en diferentes sitios sobre la película de ZnO. (e-g) Perfil de línea de altura STM, Intensidad STS, e intensidad Raman. La línea se indica en (a-b). (h) Espectros Raman de resonancia mejorada en punta registrados a lo largo de la línea en (a-b). Crédito:Takashi Kumagai
