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石墨烯協助釐清表面增強拉曼散射的物理
位於金屬表面的分子的拉曼散射(Raman Scattering)訊號會被大幅增強,這個效應稱為表面增加拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering, SERS)。利用SERS的技術,科學家可以辨識出單分子的拉曼散射訊號,因此SERS被廣泛應用在生物感測(biosensing)、藥物檢測(medical diagnosis)以及新毒物的鑑定上,然而至今其被後的機制還未被完全清楚的了解。

最近,來自英國曼徹斯特大學、劍橋大學以及希臘愛奧尼亞(Ioannina)大學的研究人員發展出一個新的定性分析模型,來說明奈米金屬盤(metallic nanodisk)如何大幅增強拉曼散射訊號,這個工作可以幫助我們進一步了解SERS的機制。

近年來科學家發現可以利用表面電漿子(surface plasmon)來增加光和物質的交互作用。表面電漿子是指金屬表面電子的集體振盪(collective oscillation),當光與表面電漿子共振時,光場會被有效的侷限在金屬表面而大幅增強。利用這個效應,科學家成功地在金屬奈米粒子形成的熱點(hot spots)中發現了增強1014倍的SERS訊號,然而此方法形成的熱點呈隨機分佈難以操控,很難進行實驗與理論的定性比較,因此如何製作出均勻且大面積的SERS基板至今仍是一個難題。

為解決此問題,上述研究團隊採用石墨烯(graphene)來研究SERS,石墨烯是一種單層的二維碳結構,其拉曼訊號已為人熟知,製造方法也簡單,因此可利用石墨烯的拉曼光譜來當作拉曼訊號的報告者(Raman reporter)以了解SERS。他們針對石墨烯上不同尺寸的金屬奈米顆粒,利用有限差分時域法(finite difference time domain)進行模擬,結果發現明顯的拉曼增強訊號,增強倍率與石墨烯至金屬粒中心的距離成10次方反比。

團隊指導人Andrea Ferrari表示,這個結果可以幫助人類更了解SERS背後的物理,此外它也證實了電漿奈米結構(plasmonic nanostructures)能增加二維材料(如石墨烯)的吸收及散射,而這些特性有可能應用在光偵測器及感測器上。詳見近期出刊的ACS Nano | DOI: 10.1021/nn1010842。


原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/43909

譯者:院繼祖(中央研究院應用科學研究中心)
責任編輯:蔡雅芝

資料來源:奈米科學網
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