Enhancement factor on tip-enhanced Raman spectroscopy
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Dissertação de mestrado
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Primeiro orientador
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Leonardo Teixeira Neves
Wagner Nunes Rodrigues
Wagner Nunes Rodrigues
Resumo
Tip-enhanced Raman spectroscopy (TERS) is a technique that combines the Raman spectroscopy
capability of providing chemical information with a Scanning Probe Microscopy
(SPM) potential to resolve spatially details in the order of nanometers. The specific device
behind the TERS spatial resolution enhancement is the nanoantenna. The nanoantennas
are usually made of metal, and their tip apex is of the order of only a few nanometers.
Also, there are several different ways to produce nanoantennas that yield different spatial
resolution. However, other factors not related to the nanoantenna also play a role in the
enhancement, and there is up to date no agreement on what is the intrinsic enhancement
factor (fe) provided by the nanoantenna. The complexity resides both on the lack of a
proper theoretical definition and of a reliable experimental procedure for measuring it. This
dissertation aims to propose a protocol to measure the fe. The demand comes from the
rapid development of TERS and the engineering of this nanoantennas, and the necessity
to establish the tailorable factors that affect the enhancement properties of these tips.
First, the theoretical description of the tip-sample interaction is investigated, as well as
how it behaves by varying the sample and tip parameters. Latter, a tool for measuring the
intrinsic fe and a protocol are discussed, which should be performed in a reference device
made of a well-defined near-field Raman scattering material, integrated in a calibration
device that that allows measuring all the parameters necessary to fully optimize and
characterize the measuring system. In the conclusion chapter, two applications of the
protocol are described.
Abstract
A espectroscopia Raman com aumento por ponta (do inglês tip-enhanced Raman spectroscopy - TERS) é uma técnica que combina o potencial da espectroscopia Raman de fornecer informações químicas sobre uma amostra com a capacidade da microscopia de varredura por sonda (do inglês scanning probe microscopy - SPM) de detalhar aspectos espaciais com resolução da ordem de nanômetros. A nanoantena é o dispositivo por trás do aumento do TERS, sendo geralmente feitas por um metal com propriedades plasmônicas e tendo o ápice com dimensões nanométricas. Existem várias técnicas diferentes para produzi-las, e algumas proporcionam aumentos maiores que outras. Porém, vários outros fatores não relacionados com a ponta também contribuem para esse aumento, e não há consenso sobre uma definição do fator de aumento intrínseco (fe) fornecido pela nanoantena, que isolaria esses outros fatores. A complexidade reside na ausência de uma definição teórica adequada para esse fator e de um experimento capaz de medir resultados consistentes para medi-la.
Esta dissertação propõe um protocolo capaz de medir este fator de aumento intrínseco. A necessidade dessa definição vem da rápida evolução tecnológica na construção dessas antenas, e da dificuldade de comparar nanoantenas fabricadas por cada uma dessas diferentes formas.
Primeiramente, nesta dissertação foram descritos os aspectos teóricos da curva de aproximação, usados para ajustar os dados experimentais para se determinar fe. Posteriormente, foi proposta um protocolo capaz de medir o fator de aumento intrínseco fe que deverá ser realizado com uma amostra com um espalhamento Raman de campo próximo bem descrito na literatura, integrado em um dispositivo com outras especificações que permitem caracterizar e otimizar o sistema de medição.
Por fim, no capítulo de conclusão, duas possíveis aplicações para o protocolo são descritas.
Assunto
Espectroscopia de Raman, Grafeno, Scanning probe microscopy
Palavras-chave
Nanoantenna, Enhancement factor, Graphene, Reference material, Tip-enhanced Raman spectroscopy
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