Quando um fraco feixe de luz de cor verde ilumina a molécula sozinha, a molécula é visível, mas sem detalhes estruturais (devido ao limite de difração óptica). Contudo, quando posicionado sob uma ponta, uma luz deslocada para o vermelho muito mais intensa e localizada, produzido pelo campo plasmônico, está agindo na molécula. A combinação de ambos os feixes projeta as impressões digitais vibracionais da molécula no feixe emissor, resolver quimicamente a estrutura interna da molécula com resolução subnm. Crédito:Dong Xie e Rongting Zhou.
(Phys.org) —Uma equipe de pesquisadores trabalhando na Universidade de Ciência e Tecnologia da China conseguiu desenvolver uma técnica de mapeamento químico capaz de revelar os átomos constituintes de uma única molécula. Em seu artigo publicado na revista Natureza , a equipe descreve como eles combinaram a espectroscopia Raman com um microscópio de tunelamento de varredura (STM) para permitir o mapeamento químico de uma molécula com uma resolução de menos de 1 nm.
A espectroscopia Raman é onde os químicos projetam um laser em um pequeno grupo de moléculas e medem a luz conforme ela é devolvida. Os fótons da fonte de luz fazem com que as moléculas vibrem e interajam com as ligações que mantêm as moléculas juntas, causando uma mudança em sua frequência - o espalhamento resultante é único para cada tipo de molécula e, portanto, permite que o método seja usado como um meios de identificação de tipos de moléculas.
Acima, à esquerda:mapa experimental de uma molécula de porfirina isolada para uma determinada frequência de vibração, revelando o padrão de quatro lóbulos. Embaixo à esquerda:cálculo teórico da mesma vibração molecular mostrando sua impressão digital. À direita:estrutura molecular da porfirina usada no experimento. Crédito:Guoyan Wang e Yan Liang.
Um STM é um dispositivo que permite a criação de imagens de materiais em nível atômico - uma de suas características únicas é a minúscula ponta de metal usada no ponto de digitalização. Neste novo esforço, os pesquisadores combinaram a espectroscopia Raman com STM para permitir níveis sem precedentes de mapeamento molecular.
Pesquisas anteriores mostraram que, quando uma ponta STM é colocada a nanômetros de certos metais, a excitação plasmônica ocorre que, quando combinada com o espalhamento Raman, pode permitir o mapeamento de moléculas dentro de 10 nm. Nesta nova pesquisa, a equipe descobriu que, se a frequência da excitação plasmônica for ajustada para corresponder às vibrações moleculares causadas pelos fótons da luz do laser, o sinal Raman é aumentado drasticamente, resultando em uma capacidade de mapear a molécula em estudo para menos de 1 nm.
Devido ao limite de difração óptica, uma única molécula de porfirina não pode ser resolvida por imagem óptica convencional com um laser verde sozinho. Contudo, quando a molécula está posicionada sob uma ponta, uma luz deslocada para o vermelho muito mais intensa e localizada, produzido pelo campo plasmônico, está agindo na molécula. A combinação de ambos os feixes projeta as impressões digitais vibracionais da molécula no feixe emissor, resolver quimicamente a estrutura interna da molécula com resolução subnm.
Os pesquisadores observam que sua técnica ainda está nos estágios iniciais de desenvolvimento - até agora, eles só puderam usá-la em uma molécula - uma porfirina em forma de anel. O processo que eles observam, é difícil e pode levar semanas ou meses para ser realizada, tornando sua aplicação impraticável neste ponto para esforços gerais de pesquisa. Também só funciona quando a molécula em estudo é mantida no vácuo e em um ambiente de -200 ° C. Se a técnica puder ser ajustada, no entanto, permitirá que futuros químicos identifiquem os átomos em moléculas individuais. Essa ferramenta pode abrir a porta para novas maneiras de estudar as moléculas no nível da nanoescala, bem como os laços que as mantêm unidas.
Esquerda:Diagrama esquemático de espalhamento Raman otimizado por ponta controlada por tunelamento (TERS) em uma configuração de iluminação lateral do tipo confocal, em que Vb é a polarização da amostra e É a corrente de tunelamento. Uma luz laser é focada na nanocavidade definida pela ponta e substrato do microscópio de tunelamento de varredura (STM). O forte campo plasmônico local gerado pelo laser incidente causa o aumento do espalhamento Raman da única molécula sob a ponta. Superior direito:espectro TERS adquirido no lóbulo; Abaixo à direita:Mapa TERS para o modo vibracional em cerca de 817 cm-1 e o perfil de linha correspondente. Crédito:Zhenchao Dong
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