【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中科院合肥物質(zhì)院健康所楊良保研究員課題組在單顆粒納米腔中最終近場(chǎng)增強(qiáng)極限的探測(cè)方面取得進(jìn)展，相關(guān)成果發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊Nano Letters上，并且被選為當(dāng)期正封面(圖1)。
楊良保研究員團(tuán)隊(duì)一直從事表面增強(qiáng)拉曼光譜(SERS)檢測(cè)方法的研究，取得了一系列研究成果。由于SERS檢測(cè)技術(shù)強(qiáng)烈依賴于等離子體場(chǎng)強(qiáng)，在不斷創(chuàng)新和發(fā)展SERS檢測(cè)技術(shù)過程中，發(fā)現(xiàn)納米尺度下的近場(chǎng)強(qiáng)度分布不均 (Siyu Chen, Liangbao Yang et. al., J. Am. Chem. Soc., 2022, 144,29,13174-13183)。在此研究基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)一直在追求追求使用相鄰金屬納米間隙來實(shí)現(xiàn)更大的電磁增強(qiáng)，以促進(jìn)光與物質(zhì)的相互作用。但納米間隙的減小會(huì)造成量子隧穿效應(yīng)的出現(xiàn)，這對(duì)于 SERS 檢測(cè)來說是很不利的。因此，對(duì)主動(dòng)控制電子隧穿量子效應(yīng)的研究非常必要的。
鑒于此，楊良保課題組利用單層h-BN形成的高隧穿勢(shì)壘主動(dòng)阻斷電子隧穿效應(yīng)，通過探測(cè)單顆粒納米腔中h-BN本征SERS強(qiáng)度定量探測(cè)經(jīng)典框架內(nèi)最終的近場(chǎng)增強(qiáng)極限(圖2左)。該研究通過熱電子隧穿量子計(jì)算以及層數(shù)依賴的散射光譜實(shí)驗(yàn)等，均證明了單層h-BN阻擋了電子隧穿。研究通過SEM-SERS同區(qū)域成像獲得的最大SERS增強(qiáng)因子，將這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果與經(jīng)典電磁模型與量子校正模型獲得的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)了經(jīng)典電磁模型確實(shí)較好地符合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)典框架內(nèi)最終的近場(chǎng)增強(qiáng)極限的探測(cè)(圖2右)。該工作有助于進(jìn)一步剖析等離子體增強(qiáng)中的量子力學(xué)效應(yīng)等，為量子等離子體學(xué)和納米隙光動(dòng)力學(xué)提供了重要指導(dǎo)。
該工作的第一作者為健康所2019級(jí)博士生陳思雨。該項(xiàng)研究受到中國(guó)科學(xué)院科研儀器裝備開發(fā)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金、安徽省自然科學(xué)研究項(xiàng)目等資助。
圖1 Nano letters的正封面
圖2 (左) 設(shè)計(jì)了一個(gè)獨(dú)特的納米腔，用單層 h-BN 作為電子隧穿屏障和 SERS 探針，在埃級(jí)尺寸的間隙內(nèi)，通過 h-BN 本征 SERS 強(qiáng)度探測(cè)納米腔中最終近場(chǎng)增強(qiáng)極限; (右) 實(shí)驗(yàn)測(cè)量和模擬的體平均 SERS增強(qiáng)因子隨間隙大小 (h-BN層數(shù))的變化。
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