p Os pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Livermore podem ter encontrado uma maneira de melhorar a espectroscopia Raman como uma ferramenta para identificar substâncias em concentrações extremamente baixas. As aplicações potenciais para espectroscopia Raman incluem diagnóstico médico, desenvolvimento de drogas / produtos químicos, forense e sistemas de detecção altamente portáteis para segurança nacional. p A capacidade de identificar moléculas em baixas concentrações com grande especificidade e fornecer formas não invasivas, medições não destrutivas levaram ao uso crescente da espectroscopia Raman como uma técnica analítica aceita. Mas uma deficiência dessa técnica é sua falta de sensibilidade e confiabilidade em concentrações extremamente baixas.

p A espectroscopia Raman consiste em observar a dispersão da luz, geralmente de um laser, por moléculas de uma substância transparente. A diferença no comprimento de onda da luz espalhada e da luz incidente pode fornecer informações detalhadas sobre a natureza da substância.

p "A dispersão Raman fornece uma boa impressão digital de materiais de interesse para a segurança nacional, "disse Tiziana Bond do Centro de Micro e Nano Tecnologia do LLNL.

p Bond e seu grupo desenvolvem espectroscopia Raman de superfície aprimorada (SERS), um método que aumenta as ordens de magnitude da sensibilidade, melhorando os sinais. Apesar de mostrar grande potencial, os substratos usados ​​para SERS, superfícies de metal tipicamente rugosas, produziram sinais variáveis ​​considerados, ainda, não confiável. A superfície rugosa aumenta a interação da molécula com o metal. O desafio tem sido encontrar uma maneira de criar um substrato com recursos topográficos uniformes que produzam aprimoramentos de sinal consistentes.

p Parte desse trabalho é descrito em um artigo publicado na edição de setembro de 2010 da Nanotecnologia intitulado " Caracterização espectral Raman aprimorada de superfície rigorosa de grandes áreas, Alta uniformidade, Matrizes de nanopilar de sílica cônica revestida de prata , ", que foi publicado por Bond e seu grupo em colaboração com pesquisadores da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign.

p Técnicas aprimoradas de nanoengenharia e métodos de fabricação de semicondutores possibilitaram a produção de substratos SERS - a camada de base ou textura em wafers de 4 a 6 polegadas - que são mais confiáveis. A chave são substratos com "reprodutibilidade" suficiente para uma análise confiável. Os pesquisadores do LLNL trabalharam em várias técnicas para obter um substrato mais robusto e uniforme que mantenha alta sensibilidade e reprodutibilidade.

p Os aprimoramentos eletromagnéticos e químicos são dois fatores que afetam o aprimoramento total do SERS (em relação ao Raman). O primeiro é mais forte e é responsável por 106-108 melhorias de magnitude, enquanto o segundo é normalmente responsável por 10-100 fatores. Para explorar os efeitos eletromagnéticos, as nanoestruturas metálicas precisam ser adequadamente projetadas.

p Em um artigo intitulado " Cavidades ressonantes de plasma em matrizes de nanofios verticais " publicado em Nano Letras no início deste ano, O grupo de Bond, investigar um design inovador usando um substrato de matriz de nanofios revestido de ouro vertical que forneceria um aprimoramento forte e controlável. A inovação da equipe LLNL é a fabricação de cavidades ressonantes de plasmon "ajustáveis" nas matrizes verticais de fios - as cavidades são o espaço entre os fios verticais. Mihail Bora, um pós-doutorado que se juntou ao grupo de Bond há um ano, está fortemente envolvida nesta parte do projeto e explica que os plasmons de superfície são ondas eletromagnéticas semelhantes à luz, exceto que eles estão confinados em superfícies metálicas. O ajuste da ressonância do plasmon é obtido controlando as dimensões geométricas da cavidade.

p Eles introduziram a menor cavidade ótica ressonante que é milhares de vezes menor que o comprimento de onda da luz e mostraram que é possível ir além desse limite de difração usando plasmons de superfície. Cavidades ressonantes são usadas atualmente para espectroscopia Raman aprimorada de superfície para detectar analitos químicos (concentração). "Ao confinar a luz em espaços tão apertados, somos capazes de criar campos intensos que são úteis para aumentar o sinal de espectroscopia, "Bond disse.

p Esses recursos de design oferecem uma série de vantagens. Por exemplo, permite que a sensibilidade dos substratos seja ajustada, ou adaptado, para diferentes comprimentos de onda, oferecendo aos pesquisadores uma maior versatilidade.

p Entre as extensões de aplicação possíveis do substrato plasmônico além do aprimoramento de SERS estão permitindo a demonstração de lasers plasmônicos subcomprimento de onda, e matrizes de nanoantena de banda larga para energia fotovoltaica brincando com fatores de geometria.

p O trabalho do grupo foi financiado pela Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa (DARPA) e pelo programa de Pesquisa e Desenvolvimento Dirigido por Laboratório (LDRD) do LLNL.