【摘要】 Andrea Konecna等人1在STEM中提出了EELS，用于研究等离子体激元与分子激发(电子激发和振动)之间的耦合，具有纳米尺度的空间分辨率。

电子跃迁和振动是物质中的关键激励，它允许表征和识别材料。各种外部探针，如光子或电子，可分别用于有效地与eV和meV能量范围内的物质相互作用，提供块状材料，二维层，有机分子，量子点，和拓扑结构等的电子和振动特性信息。

 

在这种情况下，有机分子通常通过荧光光谱学等技术进行研究，荧光光谱学提供了已占据和未占据分子轨道以及激发态寿命的信息另一方面，分子振动的光谱信息通常是通过分析非弹性散射光(拉曼散射)或直接吸收红外光获得的。

 

然而，在上述技术中使用的光和物质的直接相互作用通常很弱，并且从少量分子样品中可以获得很少或根本没有信号。为了克服这一限制，金属表面和纳米结构作为有效的光学和红外纳米天线已经被用来将电磁场集中在目标分子附近，从而大大增强了它们的光谱响应。

 

这些所谓的表面增强光谱学技术依赖于表面等离子体激元和物质激发的电磁场近场耦合例如，表面增强分子荧光技术揭示了由于表面等离子体-激子相互作用对单个发射器荧光的干扰，表面增强拉曼散射(SERS)允许对等离子体腔中单个分子的振动指纹进行光学映射，表面增强红外吸收(SEIRA)提供了金属红外纳米天线上数千个分子的振动信息。

 

Andrea Konecna等人1在STEM中提出了EELS，用于研究等离子体激元与分子激发(电子激发和振动)之间的耦合，具有纳米尺度的空间分辨率。此外，建议使用等离子体和红外声子天线来增强光激子和红外振动激发的EELS信号。将这种光谱方案称为“表面增强EELS”，类似于其光学对应物。

 

首先展示了电子束在可见光谱范围内探测天线-分子耦合的机理。具体来说，分析了覆盖具有偶极和暗等离子体天线模式的天线的激子分子层的响应，揭示了强耦合可以出现并可以被EELS探测到。与SEIRA类似，还研究了与红外活性分子耦合的红外等离子体和声子天线的EELS。此外还提供了增强信号衰减作为波束和天线之间距离的函数的详细信息。

 

最后展示了使用表面增强EELS进行(超)远程分子传感的可能性，完成了所提出技术提供的一系列优势。

 

图1 模型系统示意图。

 

图2 激子层覆盖的棒在相同光束位置的光谱。

 

所考虑的模型系统如图1所示。它由一个完全或部分被分子层(样品)覆盖的等离子体天线组成，这是一个典型的光学和红外光谱研究系统。

 

在图2显示了电子束沿着天线的三个不同位置(在插图中用十字标记)获得的光谱。EELS采用紧密聚焦的电子束，使局部光谱响应与原子尺度成像相关联，从而将样品的光学特性与其精确的形状和结构联系起来。

 

例如，STEM中的EELS已成功地用于表征和绘制局域表面等离子体激元(LSP)偏振态或耦合lsp的光谱范围。此外，仪器仪表的最新进展大大提高了EELS的光谱分辨率，打开了非常低的能量损失范围，不仅可以探索光学激发，还可以探索红外激发。

 

最近的改进使得探测振动激发和表面声子极化成为可能，这使得EELS成为一种强大的空间表征物质中低能量激发的技术，由于探测电子电磁场的宽带性质，它可以在VIS和IR频率上使用。

 

该项工作中对STEM-EELS中的分子激发进行了全面的数值和分析研究，等离子体和声子纳米棒作为有效的纳米天线增强了这些分子激发。

 

1.Konečná, A.; Neuman, T.;  Aizpurua, J.; Hillenbrand, R., Surface-Enhanced Molecular Electron Energy Loss Spectroscopy. ACS Nano 2018, 12 (5), 4775-4786.

 

科学指南针为您提供材料测试,主要业务范围包括XPS,普通XRD,透射电子显微镜TEM,全自动比表面及孔隙度分析BET等测试。

 

免责声明：部分文章整合自网络，因内容庞杂无法联系到全部作者，如有侵权，请联系删除，我们会在第一时间予以答复，万分感谢。