Onderzoekers van de Johannes Kepler Universiteit in Linz onderzoeken al jaren de fysische eigenschappen van Cu(110), een oppervlak dat wordt verkregen bij het snijden van een enkel koperkristal in een specifieke richting. Hun meest recente onderzoek, te zien in Physical Review Letters , levert het eerste bewijs van zogenaamde resonante Raman-verstrooiing vanaf het oppervlak van het metaal. Dit fenomeen houdt de inelastische verstrooiing van fononen door materie in.

"We hebben al veel onderzoek gedaan naar Cu(110) en zijn vooral geïnteresseerd in de overgang van de oppervlaktetoestand bij 2,1 eV. Omdat de elektronen van de oppervlaktetoestand beperkt zijn tot de eerste paar lagen van het kristal, is het Cu(110)-oppervlak staat is een gevoelige maatstaf voor de toestand van het oppervlak. We gebruiken deze hoge gevoeligheid om verschillende fysische processen aan het oppervlak te bestuderen, zoals reconstructie van het oppervlak na adsorptie of moleculaire groei," Mariella Denk, een van de onderzoekers die de studie, vertelde Phys.org.

"Tijdens gesprekken met de groep van Prof. Dr. Norbert Esser in Berlijn, die zich voornamelijk bezighoudt met Raman-verstrooiing van halfgeleiders, maar ook ervaring heeft met het bestuderen van metalen oppervlakken, kwamen we op het idee om gewoon te proberen te zien of Raman-verstrooiing vanaf het oppervlak fononen waren te zien op Cu(110)."

In een reeks eerste experimenten observeerden Denk en haar collega's een zeer hoge intensiteit Raman-verstrooiing van fononen op het oppervlak van een Cu(110)-monster. Vervolgens besloten ze deze verrassende observatie verder te onderzoeken om de onderliggende mechanismen te achterhalen.

In hun experimenten gebruikten de onderzoekers een techniek genaamd Raman-spectroscopie. Dit is een niet-destructieve methode om chemische analyses uit te voeren, waarbij het licht van een laser op het oppervlak van een monster wordt gefocusseerd en een plek bedekt van ongeveer 100 m groot. Het licht dat vanaf deze plek wordt uitgestraald, wordt opgevangen met een lens en komt in een monochromator (d.w.z. een optisch instrument dat het spectrum van licht meet).

"Elastische verstrooide straling op de golflengte die overeenkomt met de laserlijn (Rayleigh-verstrooiing) wordt uitgefilterd, terwijl de rest van het licht wordt verspreid op een detector", legt Denk uit. "Het laserlicht interageert met trillingen, fononen of andere excitaties in het systeem, waardoor de energie van de laserfotonen verandert. Het verschil in de energieën van het invallende en verstrooide licht geeft informatie over de geëxciteerde trillingsmodi."

De oppervlaktefonons van Cu(110) - evenals hun dispersie - werden intensief bestudeerd door complementaire technieken en zijn goed begrepen. Denk en haar collega's waren echter de eersten die aantoonden dat Raman-verstrooiing van oppervlaktefononen op Cu(110) kan worden waargenomen en dat de hoge intensiteit die in de experimenten wordt verkregen te wijten is aan verstrooiing in resonantie met de elektronische overgang van de oppervlaktetoestand van Cu(110) bij een 2,1 eV. Ze deden dit door polarisatie- en excitatie-energieafhankelijke Raman-metingen op hun monster te verzamelen met behulp van 10 laserlijnen, binnen een fotonenergiebereik van 1,8 tot 3 eV.

"Onze studie levert het eerste bewijs voor Raman-verstrooiing door oppervlaktefononen op een metalen oppervlak", legt Denk uit. "De Raman-experimenten, samen met elektronische bandstructuur- en roosterdynamiekberekeningen, schetsen een coherent beeld van de interactie tussen oppervlaktefononen en oppervlakte-gelokaliseerde elektronische toestanden."

De bevindingen die door dit team van onderzoekers zijn verzameld, kunnen het huidige begrip van Cu(110) en andere metalen oppervlakken aanzienlijk verbeteren. 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. + Verder verkennen

Quantum interference directed chiral Raman scattering in 2-D enantiomers

© 2022 Science X Network