走査型トンネル顕微鏡による単一分子光学分光

使用扫描隧道显微镜的单分子光谱

• 批准号: 16760017
• 负责人: 目黒 和幸
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: The Institute of Physical and Chemical Research
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16760017/
• 关键词: 走査型トンネル顕微鏡; ラマン散乱; 探針増強ラマン分光; 表面プラズモン; カーボンナノチューブ; 単一分子分光; 光第二次高調波発生

昨年度までに構築した極低温STM探針増強ラマン分光システムの調整・改良を行うと共に、Au(111)基板上に分散吸着させた単層カーボン・ナノチューブ(SWNT)のSTM探針増強ラマン分光計測を行った。クロロホルム中にSWNTを超音波分散させた溶液を基板上に滴下した後自然乾燥させて作製した試料を、超高真空中(10^<-11> Torr台)、79Kに冷却した環境下で実験を行った。STM像観察によって孤立したSWNTバンドルを探し出し、その上に探針を固定してSTM探針増強ラマン散乱強度の探針-試料間距離依存性を測定した。励起光は波長785nmのTi : Sapphireレーザー光(試料への入射パワー〜5mW)を用いた。SWNTのG-bandモード(波数〜1590cm^<-1>)のラマン散乱強度が、探針がトンネル領域にある場合に増倍されていることが確認された(リトラクト領域の約2.3倍)。G-bandラマン散乱強度の探針-試料間距離依存性測定の結果では、試料-探針間距離の増加対して単調に減少するだけではなく、一旦減少したあと再び増加してピーク構造を持つ場合があることを発見した。物理的にこのような現象が起こり得るかを検討するために、半無限の試料表面近傍に電気双極子を置き、探針に見立てた曲率半径aの金属球を試料表面との距離dを隔てて設置すると十分遠方で電気双極子が何倍に観測されるかという電磁気学的増強効果の理論計算を行った。この結果、探針の曲率半径が小さい場合には単調な依存性しか現れないが、約500nm以上の大きな曲率半径を持つ探針に対してはピーク構造が現れ得ることがわかった。これは、特定の曲率aと距離dの組み合わせの場合に探針先端と試料表面で閉じこめられた局所表面プラズモンが共鳴励起することに起因するものであると考えられる。

调整并改进了直到去年构建的超晶探针增强拉曼光谱系统，并在分散的单壁碳纳米管（SWNT）上分散并吸附在AU（111）底物上。通过将SWNT的溶液放入氯仿然后自然干燥的情况下制备样品，然后在超高真空（10^<-11> Torr单元）下将样品冷却至79K的环境进行实验性。通过STM图像观察发现了分离的SWNT束，并将探针固定在其上，以测量探针和样品之间STM探针增强的拉曼散射强度的依赖性。激发灯是Ti：蓝宝石激光束（样品上的发病率〜5 mW），波长为785 nm。据证实，当探针位于隧道区域（大约是缩回区域的2.3倍）时，将SWNT的G波段模式的拉曼散射强度（波数〜1590 cm^<-1>）乘以。 G波段拉曼散射强度与探针样本距离依赖性的测量结果表明，不仅会随着样品样本距离的增加而单调减少，而且有时会再次降低一次，然后再次增加以具有峰值结构。为了研究这种现象是否可以物理发生，我们对电磁上增强效应进行了理论计算，其中将电偶极放置在半无限样品表面附近，而具有曲率A半径A的金属球体（与探头相似，与样品表面相似，以确定了探测器的距离，以确定探头的距离，以确定在距离表面的距离，以确定远距离的距离。结果，发现当探针的曲率半径很小时，只会出现单调依赖性，但是峰结构可以出现，以显示探针的探针，其大约500 nm或更大的曲率半径。这被认为是由于局部表面等离子体的共振激发限制在样品尖端的尖端和样品表面的尖端，而在曲率A和距离d的特定组合的情况下。