Een onderzoeksgroep onder leiding van Shunping Zhang en Hongxing Xu aan de Wuhan University, China, heeft een kwantitatieve SERS-techniek ontwikkeld om de maximale plasmonische velden te onderzoeken voordat effecten zoals elektronentunneling dominant worden. De onderzoekers wendden zich tot molybdeendisulfide (MoS ₂ ) -een grafeen-achtige, tweedimensionale atoomlaag om de afstand tussen een gouden nanodeeltje en een gladde goudfilm af te stemmen.

Plasmonische veldverbetering is de hoeksteen van een breed scala aan toepassingen, waaronder oppervlakteversterkte spectroscopie, voelen, niet-lineaire optica, en licht oogsten. De meest intense plasmonische velden verschijnen meestal binnen nauwe openingen tussen aangrenzende metalen nanostructuren, vooral wanneer de scheiding daalt tot subnanometerschaal. Echter, het experimenteel onderzoeken van de plasmonische velden in zo'n klein volume vormt nog steeds een uitdaging voor de nanofabricage- en detectietechnieken.

Het meten van oppervlakte-enhanced Raman scattering (SERS) signalen van een sonde in het nanogap-gebied is een veelbelovende manier om dat te doen, maar de methode heeft nog steeds te maken met een aantal hardnekkige problemen:(i) hoe een in de breedte bestuurbare subnanometer-opening te creëren met een goed gedefinieerde geometrie, (ii) hoe de nanosonde in zo'n nauwe opening te plaatsen, en nog belangrijker, (iii) hoe de uitlijning van de sonde met betrekking tot de sterkste plasmonische veldcomponent te regelen. Bovendien, de excitatielaser moet overeenkomen met de plasmonische resonanties in zowel golflengte als polarisatie voor de maximale plasmonische versterking. Deze vereisten zijn moeilijk gelijktijdig te vervullen in traditionele SERS die moleculen als sonde gebruiken.

Om al deze beperkingen te overwinnen, een onderzoeksgroep onder leiding van Shunping Zhang en Hongxing Xu aan de Wuhan University, China, heeft een kwantitatieve SERS-techniek ontwikkeld om de maximale plasmonische velden te onderzoeken voordat effecten zoals elektronentunneling dominant worden. De onderzoekers wendden zich tot molybdeendisulfide (MoS ₂ ), een grafeen-achtige, tweedimensionale atoomlaag om de afstand tussen een gouden nanodeeltje en een gladde goudfilm af te stemmen. Voor de eerste keer, de plasmonische nabij-veldcomponenten in verticale en horizontale richtingen binnen atoomdikke plasmonische nanoholten werden kwantitatief gemeten door kleine vlokken van tweedimensionale atomaire kristallen als sondes te gebruiken.

In hun configuratie, de onderzoekers kunnen ervoor zorgen dat de sonde die de opening opvult een goed gedefinieerde roosteroriëntatie heeft, zodat de roostertrillingen precies zijn uitgelijnd met de plasmonische veldcomponenten. Deze roostersondes zijn vrij van optische bleking of het springen van moleculen (in/uit de hotspot) zoals in traditionele SERS-experimenten. Ze bereikten de kwantitatieve extractie van plasmonische velden in de nanogap door de SERS-intensiteit te meten van de out-of-plane en in-plane fonon-modi van de MoS ₂ .

De robuustheid van het 2-D atomaire kristal als SERS-sondes bevordert dat SERS een kwantitatief analytisch hulpmiddel is in plaats van een kwalitatief instrument in de meeste eerdere toepassingen. Ook, deze unieke ontwerpen kunnen een belangrijke gids zijn voor een beter begrip van kwantummechanische effecten en voor plasmon-versterkte foton-fonon-interacties en voor het promoten van relevante nieuwe toepassingen, zoals kwantumplasmonica en nanogap optomechanica.