電子設(shè)備的納米加工已達到單個納米級(10 -9 m)。納米科學和納米技術(shù)的飛速發(fā)展現(xiàn)在需要原子尺度的光譜學，以表征會影響電子設(shè)備特性和功能的原子結(jié)構(gòu)。

由分子科學研究所的熊谷隆領(lǐng)導的國際團隊發(fā)現(xiàn)了拉曼散射的巨大增強，這是由等離子體銀尖端和 Si(111)-7×7 重建表面之間形成的原子點接觸介導的。這是通過最先進的低溫尖端增強拉曼光譜儀實現(xiàn)的，該光譜儀可以進行原子級振動光譜儀。

所發(fā)現(xiàn)的拉曼散射增強機制將為原子級超靈敏振動光譜研究半導體表面結(jié)構(gòu)開辟可能性。此外，所開發(fā)的原子尺度光學顯微鏡將為探索原子尺度光-物質(zhì)相互作用鋪平道路，引領(lǐng)光科學與技術(shù)的新學科。

電子器件的超級集成已進入單納米尺度，需要能夠詳細研究原子尺度結(jié)構(gòu)和缺陷的分析方法。掃描近場光學顯微鏡的進步使得納米級成像和化學分析成為可能。最近，該技術(shù)的空間分辨率被證明可以達到原子尺度。特別是，尖端增強拉曼光譜作為超靈敏化學顯微鏡引起了越來越多的關(guān)注。然而，為了從半導體表面獲得拉曼信號，需要進一步提高靈敏度。

研究團隊應用與弗里茨-哈伯研究所合作開發(fā)的最先進的低溫尖端增強拉曼光譜，從硅表面獲取振動光譜。尖端增強拉曼光譜技術(shù)在材料和納米級光之間進行了強烈的光-質(zhì)相互作用(局部表面等離振子共振)) 在原子級鋒利的金屬尖端產(chǎn)生。該研究小組發(fā)現(xiàn)，銀尖端和重建的Si(111)-7×7表面的原子點接觸形成導致拉曼散射的極大增強。圖 1a 說明了該實驗。由聚焦離子束(圖 1b，頂部)制造的鋒利的銀尖端移向硅表面(圖 1b，底部)，同時監(jiān)測結(jié)的拉曼光譜。圖 1c 顯示了獲得的拉曼光譜的瀑布圖，其中橫軸代表拉曼位移，色標代表拉曼強度。當尖端處于隧穿狀態(tài)時，在520 cm -1處僅觀察到體硅的光學聲子模式. 然而，當尖端和表面之間的原子點接觸時，突然出現(xiàn)來自表面聲子模式的強拉曼散射。當尖端移離表面并且原子點接觸中斷時，這些模式再次消失。

研究小組進一步證明，這種原子點接觸拉曼光譜(APCRS)可以解析硅表面的原子級結(jié)構(gòu)。如圖 2 所示，拉曼光譜在表面的原子級記錄時是不同的。此外，可以在局部氧化位點選擇性地觀察到特征振動模式(圖 3)，表明原子點接觸拉曼光譜的原子級化學敏感性。

以前認為，在尖端增強拉曼光譜中獲得超高靈敏度需要等離子體納米間隙，這通常需要金屬基板。這對可測量的樣本施加了嚴重的限制。原子點接觸形成的巨大拉曼增強的發(fā)現(xiàn)將擴大原子尺度振動光譜的潛力，它適用于非等離子體樣品，并將為許多其他材料獲得特殊的化學敏感性。此外，我們的研究結(jié)果還表明，原子尺度結(jié)構(gòu)在金屬-半導體混合納米系統(tǒng)中起著不可或缺的作用，以影響其光電性能。

標簽： 原子點接觸處