纳米尺度拉曼光谱分析：TERS技术详解

"本文介绍了针尖增强拉曼光谱（TERS）技术在纳米级材料和分子结构分析中的应用，以及一个自建的实验装置的详细设置。该装置包括激光光源、光学过滤与对准暗箱、低温超高真空（UHV）扫描隧道显微镜（STM）和配备高灵敏度CCD探测器的光谱仪。实验中，采用单纵模二极管泵浦激光器（532nm）进行线性偏振光激发，并通过STM控制进行TERS测量。" 拉曼光谱是一种非破坏性的分子结构分析技术，它基于光与物质相互作用时发生的散射现象。当入射光照射到样品上，大部分光以相同的频率散射回来，但小部分光的频率会发生变化，这种现象称为拉曼散射。拉曼散射光的频率差异反映了样品分子的振动模式，从而提供了关于其化学组成和结构的信息。 针尖增强拉曼光谱（TERS）是拉曼光谱的一个重要分支，它利用扫描隧道显微镜（STM）的尖端来增强局部光场，实现纳米尺度的高分辨率光谱分析。STM不仅能提供原子级的表面形貌信息，而且在TERS模式下，其尖端可以作为增强光场的天线，极大地提高了拉曼信号的强度，使得在单分子水平上的分析成为可能。 文中提到的实验装置是一个综合系统，包括四个子系统：激光源用于激发光，暗箱用于光学过滤和对准，UHV STM用于样品制备和特性分析，并内置镜头用于光的激发和收集，最后是一个配有高灵敏度CCD检测器的光谱仪，用于拉曼光谱测量。激光源采用532nm的线性偏振激光，通过光纤耦合到暗箱，然后经过半波片调整偏振方向，再引入到UHV环境中的样品表面。 通过STM控制的TERS实验，能够精确地定位激光在STM尖端下方的纳米区域，使光与样品的相互作用更加精确，从而获得更详细的材料信息。采用的准直镜头（f=19.5mm, NA=0.51）重新聚焦激光束，确保其在STM尖端下方形成一个聚焦光斑，实现纳米级别的分析。 总结来说，TERS技术结合了拉曼光谱和STM的优势，为纳米科学和分子成像提供了一种强大的工具，能够揭示传统拉曼光谱无法探测的微小结构和化学信息。这种技术在材料科学、化学、生物学以及纳米技术等领域具有广泛的应用前景。