Os pesquisadores do Laboratório podem ter encontrado uma maneira de melhorar a espectroscopia de Raman como uma ferramenta para identificar baixas concentrações das substâncias dentro extremamente -. Os pedidos Potenciais para a espectroscopia de Raman incluem o diagnóstico médico, a droga/revelação química, o forense e sistemas de detecção altamente portáteis para a segurança nacional.
A capacidade para identificar moléculas em baixas concentrações com grande especificidade e para fornecer medidas não invasoras, nondestructive conduziu ao uso crescente da espectroscopia de Raman como uma técnica analítica aceitada. Mas um defeito desta técnica foi sua falta da sensibilidade e da confiança extremamente - em baixas concentrações.
Da esquerda: Elaine Behymer, Ligação de Tiziana (assentada) e postdocs Allan Chang e Mihail Bora.
A espectroscopia de Raman consiste observar a dispersão da luz, geralmente de um laser, por moléculas de uma substância transparente. A diferença no comprimento de onda da luz dispersada e da luz de incidente pode fornecer a informações detalhadas sobre a natureza da substância.
De “a dispersão Raman fornece uma impressão digital agradável dos materiais do interesse para a segurança nacional,” disse a Ligação de Tiziana do Centro do LLNL para a Micro e Tecnologia Nano.
Bond e seu grupo desenvolva a espectroscopia superfície-aumentada de Raman (SERS), um método que aumente ordens de grandeza da sensibilidade melhorando sinais. Ao mostrar o grande potencial, as carcaças usadas para SERS, superfícies de metal tipicamente tornadas ásperas, renderam os sinais variáveis considerados, até agora, incertos. A superfície tornada áspera aumenta a interacção da molécula com o metal. O desafio foi encontrar uma maneira de criar uma carcaça com as características topográficas uniformes que rendem realces consistentes do sinal.
Algum deste trabalho é descrito em um papel publicado na edição De setembro de 2010 “Superfície Rigorosa da Caracterização Espectral Aumentada autorizada Nanotecnologia de Raman da Grande área, a Alto-Uniformidade, Disposições Afiladas Prata-Revestidas de Nanopillar do Silicone,” que foi publicada pela Ligação e pelo seu grupo em colaboração com pesquisadores das Universidades de Illinois no Urbana-Campo.
As técnicas da nano-engenharia e os métodos Melhorados da fabricação do semicondutor permitiram a produção de carcaças de SERS -- a camada baixa ou a textura em 4 - às bolachas de 6 polegadas -- isso é mais seguro. A chave é carcaças com a “reprodutibilidade” suficiente para a análise segura. Os pesquisadores do LLNL trabalharam em diversas técnicas para conseguir uma carcaça mais robusta e mais uniforme que mantivesse a sensibilidade e a reprodutibilidade altas.
Os realces Eletromagnéticos e químicos são dois factores que afectam o realce total de SERS (no que diz respeito a Raman). O primeiro é mais forte e esclarece melhorias de 106-108 valores, quando o segundo for tipicamente responsável para 10-100 factores. Para explorar os efeitos eletromagnéticos, os nanostructures metálicos precisam de ser projectados correctamente.
Em um artigo autorizado do “Cavidades Ressonantes Plasmon nas Disposições Verticais de Nanowire” publicadas em Letras Nano no começo desse ano, o grupo da Ligação, investiga um projecto inovativo usando um vertical uma carcaça ouro-revestida da disposição do nanowire que forneça o realce forte e verificável. A inovação da equipe do LLNL é a fabricação de cavidades ressonantes do plasmon “ajustável” nas disposições verticais do fio -- as cavidades são o espaço entre os fios verticais. Mihail Bora, um postdoc que o grupo da Ligação juntada um ano há, está envolvido pesadamente nesta parte do projecto e explica que os plasmons da superfície são ondas eletromagnéticas similares à luz, a não ser que sejam limitados em superfícies metálicas. O Ajustamento da ressonância do plasmon é conseguido controlando as dimensões geométricas da cavidade.
Introduzem a cavidade ressonante óptica a menor que é milhares de épocas menores do que o comprimento de onda da luz e mostraram que é possível ir além deste limite de difracção usando os plasmons de superfície. As cavidades Ressonantes são usadas actualmente para que a espectroscopia aumentada superfície de Raman detecte analytes químicos (concentração). “Limitando a luz em tais espaços que apertados nós podemos criar os campos intensos que são úteis em aumentar o sinal da espectroscopia,” Ligue disse.
Estas características de projecto oferecem um número de vantagens. Por exemplo, permite que a sensibilidade das carcaças seja ajustada, ou adaptada, aos comprimentos de onda diferentes que oferecem a pesquisadores a maior versatilidade.
Entre extensões possíveis da aplicação da carcaça plasmonic além do realce de SERS estão permitindo a demonstração de lasers plasmonic do secundário-comprimento de onda, e as disposições de faixa larga do nanoantenna para o photovoltaics jogando com geometria fatoram.
O trabalho de grupo foi financiado pelo programa (DARPA) Dirigido Laboratório do Defense Advanced Research Projects Agency e da Investigação e Desenvolvimento do LLNL (LDRD).