莫斯科物理和技术研究所 来自莫斯科物理和技术研究所(MIPT)光子学和2D材料中心、奥维耶多大学、多诺斯蒂亚国际物理中心和CIC nanoGUNE的科学家提出了一种研究单个有机分子和分子纳米层性质的新方法
该方法依赖于V形石墨烯-金属薄膜结构
信用:达里娅·索科尔/MIPT新闻办公室 来自莫斯科物理和技术研究所(MIPT)光子学和二维材料中心、奥维耶多大学、多诺斯蒂亚国际物理中心和CIC nanoGUNE的科学家提出了一种研究单个有机分子和分子纳米层性质的新方法
纳米光子学中描述的方法依赖于V形石墨烯金属薄膜结构
通过红外光谱对分子进行无损分析在有机和无机化学的许多情况下是至关重要的:用于控制气体浓度、检测聚合物降解、测量血液中的酒精含量等
然而，这种简单的方法不适用于纳米体积中的少量分子
在他们最近的研究中，来自俄罗斯和西班牙的研究人员提出了一种解决这个问题的方法
这项新技术背后的一个关键概念是等离子体激元
广义地说，它是指与电磁波耦合的电子振荡
两者一起传播，可以被看作是一个准粒子
这项研究考虑了几十纳米大小的楔形结构中的等离子体激元
楔形的一边是一层一个原子厚的碳原子，被称为石墨烯
它适应沿薄片传播的等离子体，带有狄拉克电子或空穴形式的振荡电荷
V形结构的另一侧是金或其他导电金属膜，其几乎平行于石墨烯片
中间的空间被一层最窄处2纳米厚的锥形介电材料(例如氮化硼)填充
1)
这种设置能够实现等离子体定位或聚焦
这指的是将规则的等离子体转化为较短波长等离子体的过程，称为声学过程
当等离子体沿着石墨烯传播时，它的场被迫进入锥形楔中逐渐变小的空间
结果，波长变得小很多倍，并且金属和石墨烯之间的区域中的场振幅被放大
以这种方式，规则等离子体逐渐转变成声学等离子体
“以前已经知道，偏振子和波模在锥形波导中会受到这样的压缩
该论文的合著者、MIPT纳米光学和等离子体实验室的基里尔·沃罗宁说:“我们开始专门针对石墨烯研究这一过程，但随后又考虑了石墨烯-金属体系在产生分子光谱方面的可能应用。”
该团队在一种被称为CBP的分子上测试了它的想法，这种分子用于制药和有机发光二极管
其特征是在波长6处有一个明显的吸收峰
9微米
这项研究观察了一层分子的反应，该层分子被放置在金属和石墨烯之间的楔形物的薄部分
分子层薄至2纳米，比激发等离子体的激光波长小三个数量级
使用常规光谱学无法测量如此低的分子吸收
然而，在物理学家提出的装置中，磁场被定位在一个更紧密的空间中，使研究小组能够很好地聚焦于样本，记录几个分子甚至一个大分子(如脱氧核糖核酸)的反应
在石墨烯中激发等离子体激元有不同的方法
最有效的技术依赖于散射型扫描近场显微镜
它的针靠近石墨烯，用聚焦光束照射
由于针尖非常小，它可以激发具有非常大的波矢量和小波长的波
远离楔形物锥形端激发的等离子体沿着石墨烯向待分析的分子行进
在与分子相互作用后，等离子体在楔形物的锥形端被反射，然后被最初激发它们的同一根针散射，从而兼作检测器
“我们计算了反射系数，即反射等离子体强度与原始激光辐射强度之比
反射系数明显取决于频率，最大频率与分子的吸收峰重合
很明显，在常规石墨烯等离子体的情况下，吸收非常弱——大约百分之几
当谈到声学等离子体时，反射系数要低几十个百分点
这意味着辐射被小分子层强烈吸收，”该论文的合著者、MIPT客座教授阿列克谢·尼基丁补充道，他是西班牙多诺斯蒂国际物理中心的研究员
在对所涉及的工艺流程进行某些改进后，俄罗斯和西班牙研究人员提出的方案可以作为制造实际设备的基础
根据研究小组的说法，它们主要用于研究研究不充分的有机化合物的性质和检测已知的化合物
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