(Phys.org)—Vooruitgang in oppervlakte-versterkte Raman-spectroscopie met behulp van een scanning tunneling-microscoop onder ultrahoog vacuüm en lage temperatuur heeft een groep onderzoekers van de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China in staat gesteld om twee verschillende, maar structureel vergelijkbaar, aangrenzende moleculen geadsorbeerd op een zilveren oppervlak. Dit niveau van precisie en gevoeligheid zou verbeteringen in oppervlaktechemie en nauwkeurige monitoring van DNA-sequencing en eiwitvouwing mogelijk maken. Hun werk verschijnt in een recent nummer van Natuur Nanotechnologie .

Eerder werk van deze groep gebruikte plasmon-versterkte Raman-beeldvorming om een ​​enkel molecuul meso-tetrakis (3, 5-di-tetrarybutyl-fenyl-porfyrine), of H ₂ TBPP, die zich in de STM-nanoholte bevond onder ultrahoog vacuüm en lage temperatuur. Gebruikmakend van de geoptimaliseerde omstandigheden om een ​​enkel molecuul te isoleren, ze melden nu dat ze onderscheid kunnen maken tussen twee van porfyrine afgeleide moleculen, H ₂ TBPP en zink-5, 10, 15, 20-tetrafenyl-porfyrine, of ZnTPP. Deze structureel vergelijkbare moleculen bevinden zich binnen van der Waals-afstand van elkaar en worden geadsorbeerd op een Ag(111)-substraat.

Ze waren in staat om dit soort gevoeligheid te bereiken met behulp van tip-enhanced Raman scattering (TERS). TERS is een Raman-verbeterende techniek die Raman-metingen beperkt tot het gebied binnen de STM-tip, een gebied van 0,5 nm. Deze ruimtelijke opsluiting zorgt voor zeer nauwkeurige metingen van individuele moleculen. Afgezien van de grote signaalverbetering, een voordeel van het gebruik van TERS is dat de interactie tussen het molecuul en het metalen substraat het potentieel overheersende fluorescentiesignaal verwijdert, terwijl het betrokken niet-lineaire proces helpt om de ruimtelijke resolutie te verbeteren. Bovendien is TERS niet-invasief, wat de structurele en chemische integriteit van het monster handhaaft, en het kan onderscheid maken tussen verschillende moleculaire configuraties van aan het oppervlak geadsorbeerde moleculen.

Het eerste deel van deze studie keek naar individuele moleculen van ZnTPP en H ₂ TBPP op afzonderlijke Ag(111)-oppervlakken. Hoewel beide moleculen vergelijkbare structuren hebben, hun Raman-spectra waren onderscheidend, wat suggereert dat men de twee moleculen zou kunnen onderscheiden als ze zich op hetzelfde oppervlak zouden bevinden. Jiang, et al. vond ook dat de TERS-spectra verschilden van de overeenkomstige poeder-Raman-spectra van beide moleculen, wat suggereert dat deze gegevens in combinatie met simulatie van dichtheidsfunctionaaltheorie informatie zouden kunnen verschaffen over de moleculaire configuratie op het metaaloppervlak.

Het volgende deel van de studie was om te kijken naar ZnTPP en H ₂ TBPP op hetzelfde Ag(111)-oppervlak. Ze keken naar twee verschillende moleculaire "eilanden" die ongeveer 2,5 nm van elkaar verwijderd waren, een met ZnTBPP en de andere met H ₂ TBPP-moleculen. De eilanden hadden een kaal Ag(111) oppervlak ertussen. Ze ontdekten dat de TERS-spectra voor het bovenste eilandgedeelte van het oppervlak op ZnTPP leken, terwijl het onderste eiland spectra had die op H leken. ₂ TBPP.

Jiang et al. waargenomen dat moleculen langs de rand van een eiland zwakkere TERS-spectra hadden in vergelijking met moleculen binnen een eiland. Ze voerden opeenvolgende TERS-metingen uit en konden onderscheid maken tussen het ZnTPP-moleculaire eiland, inclusief de moleculen langs de rand en de H ₂ TBPP moleculair eiland en zijn randmoleculen. Ze ontdekten dat zelfs wanneer twee moleculaire eilanden binnen van der Waals-afstand van elkaar liggen, analyse van het TERS-spectrum langs het lijnspoor maakt onderscheid tussen een randmolecuul op het ZnTPP-eiland en een randmolecuul op het H ₂ TPP eiland.

Het vermogen om onderscheid te maken tussen een eiland en een step-edge molecuul is te wijten aan verschillen in oppervlakteconfiguraties. Op basis van DFT-berekeningen en experimentele gegevens, ZnTPP, vooral, had verschillende onderscheidende configuraties. Deze zijn gebaseerd op in-plane en out-of-plane hoeken van de fenylringen en de kantelhoek.

Het vermogen om onderscheid te maken tussen twee moleculen op een oppervlak en om hun adsorptieconfiguratie en oriëntatie te bepalen, opent de deur voor het bestuderen van oppervlaktekatalyse en andere biologische systemen.

© 2015 Fys.org