Les chercheurs de Laboratoire ont pu avoir fondé une voie d'améliorer la spectroscopie de Raman comme outil pour recenser des concentrations faibles de substances dedans extrêmement -. Les Applications possibles pour la spectroscopie de Raman comprennent le diagnostic médical, le médicament/développement chimique, les médecines légales et les systèmes de dépistage hautement portatifs pour la garantie nationale.
La capacité de recenser des molécules aux concentrations faibles avec la spécificité grande et de fournir des mesures non envahissantes et non destructives a mené à la consommation accrue de spectroscopie de Raman comme technique analytique reçue. Mais un point faible de cette technique a été son manque de sensibilité et de fiabilité extrêmement - aux concentrations faibles.
De la gauche : Elaine Behymer, Obligation de Tiziana (posée) et postdocs Allan Chang et Mihail Bora.
La spectroscopie de Raman se compose observer la dispersion de la lumière, habituellement d'un laser, par des molécules d'une substance transparente. La différence dans la longueur d'onde de la lumière dispersée et de la lumière d'incident peut fournir les informations détaillées au sujet de la nature de la substance.
La « dispersion de Raman fournit une empreinte digital gentille des matériaux d'intérêt pour la garantie nationale, » a dit l'Obligation de Tiziana du Centre du LLNL pour la Technologie Micro et Nanoe.
En Esclavage et son groupe développez la spectroscopie surface-améliorée de Raman (SERS), une méthode qui augmente des ordres de grandeur de sensibilité en améliorant des signes. Tout En affichant le potentiel grand, les substrats utilisés pour SERS, surfaces métalliques type rudes, ont fourni les signes variables considérés, jusqu'à présent, peu fiables. La surface rude augmente l'interaction de la molécule avec le métal. Le défi a été de trouver une voie de produire un substrat avec les configurations topographiques uniformes qui fournissent des améliorations cohérentes de signe.
Une Partie de ce travail est décrite dans un document publié dans l'édition de Septembre 2010 « de la Caractérisation Spectrale Améliorée Extérieure Rigoureuse de Raman intitulée par Nanotechnologie de la Vaste zone, la Haut-Uniformité, Alignements Coniques Argent-Enduits de Nanopillar de Silice, » qui a été publiée par l'Obligation et son groupe en collaboration avec des chercheurs de l'Université de l'Illinois au l'Urbana-Champagne.
Les techniques de nano-bureau d'études et les méthodes Améliorées de fabrication de semi-conducteur ont activé la production des substrats de SERS -- la couche de base ou la texture sur 4 - aux disques de 6 pouces -- ce sont plus fiable. La clé est des substrats avec la « reproductibilité » suffisamment pour l'analyse fiable. Les chercheurs de LLNL ont travaillé à plusieurs techniques pour réaliser un substrat plus robuste et plus uniforme qui met à jour la sensibilité et la reproductibilité élevées.
Les améliorations Électromagnétiques et chimiques sont deux facteurs qui affectent l'amélioration totale de SERS (en ce qui concerne Raman). Le premier est plus intense et représente des améliorations de 106-108 grandeurs, alors que le deuxième est en général responsable de 10-100 facteurs. Pour exploiter les effets électromagnétiques, les nanostructures métalliques doivent être correctement conçus.
Dans un article intitulé « les Cavités Résonnantes de Plasmon dans des Alignements Verticaux de Nanowire » publiés dans les Lettres Nanoes plus tôt cette année, le groupe de l'Obligation, vérifient un design novateur utilisant une verticale un substrat or-enduit d'alignement de nanowire qui fournirait l'amélioration intense et contrôlable. L'innovation de l'équipe de LLNL est la fabrication des cavités résonnantes de plasmon « réglable » dans les alignements verticaux de fil -- les cavités sont l'espace entre les fils verticaux. Mihail Bora, un postdoc que le groupe de l'Obligation jointive il y a une année, est fortement comporté dans la présente partie du projet et explique que les plasmons de surface sont les ondes électromagnétiques assimilées à la lumière, à moins qu'ils soient logés sur les surfaces métalliques. L'Ajustement de la résonance de plasmon est réalisé en réglant les cotes géométriques de la cavité.
Elles introduisent la plus petite cavité résonnante optique qui est des milliers de périodes plus petites que la longueur d'onde de la lumière et ont prouvé qu'il est possible d'aller au delà de cette limite de diffraction à l'aide des plasmons extérieurs. Des cavités Résonnantes sont actuel utilisées pour que la spectroscopie améliorée extérieure de Raman trouve les analytes chimiques (concentration). « En logeant la lumière dans de tels espaces serrés que nous pouvons produire les zones fortes qui sont utiles en augmentant le signe de spectroscopie, » Collez a dit.
Ces fonctionnalités de création offrent un certain nombre d'avantages. Par exemple, il permet à la sensibilité des substrats d'être ajustée, ou adaptée, à différentes longueurs d'onde offrant à des chercheurs une souplesse plus grande.
Parmi des extensions possibles d'application du substrat plasmonic au delà de l'amélioration de SERS activent la démonstration des lasers plasmonic de sous-longueur d'onde, et les alignements à bande large de nanoantenna pour le photovoltaics par le jeu avec la géométrie factorise.
Le travail de groupe a été financé par programme (DARPA) Contrôlé en laboratoire d'Agence De La Défense Pour Les Projets De Recherche Avancés et de Recherche et développement du LLNL (LDRD).