p A nanofabricação de dispositivos eletrônicos atingiu uma única escala nanométrica (10 ^-9 m). O rápido avanço da nanociência e nanotecnologia agora requer espectroscopia óptica em escala atômica para caracterizar estruturas atomísticas que afetarão as propriedades e funções dos dispositivos eletrônicos. p A equipe internacional liderada por Takashi Kumagai no Institute for Molecular Science descobriu um grande aprimoramento do espalhamento Raman mediado pela formação de um ponto de contato atômico entre uma ponta de prata plasmônica e uma superfície reconstruída com Si (111) -7 × 7. Isso foi conseguido por meio de espectroscopia Raman de ponta de baixa temperatura de última geração, que permite a realização de espectroscopia vibracional em escala atômica.

p O mecanismo de aprimoramento descoberto de espalhamento Raman abrirá a possibilidade de espectroscopia vibracional ultrassensível em escala atômica para investigar estruturas de superfície de semicondutores. Além disso, a microscopia óptica em escala atômica desenvolvida abrirá o caminho para explorar as interações luz-matéria em escala atômica, levando a uma nova disciplina em ciência leve e tecnologia.

p A superintegração de dispositivos eletrônicos entrou em uma única escala nanométrica, chamando para métodos analíticos que podem investigar estruturas em escala atômica e defeitos em detalhes. O avanço da varredura de microscopia óptica de campo próximo permitiu imagens em nanoescala e análises químicas em nanoescala. Mais recentemente, a resolução espacial desta técnica demonstrou atingir a escala atômica. Em particular, a espectroscopia Raman com ponta de ponta tem chamado a atenção cada vez mais como microscopia química ultrassensível. Contudo, a fim de obter um sinal Raman de superfícies semicondutoras, era necessário aumentar ainda mais a sensibilidade.

p A equipe de pesquisa aplicou espectroscopia Raman avançada de ponta de baixa temperatura de última geração, desenvolvido em colaboração com o Instituto Fritz-Haber, para obter os espectros de vibração de uma superfície de silício. A espectroscopia Raman aprimorada pela ponta emprega uma forte interação luz-matéria entre um material e a luz em nanoescala (ressonância plasmônica de superfície localizada) gerada em uma ponta metálica atomicamente nítida. A equipe de pesquisa descobriu que a formação de um ponto de contato atômico de uma ponta de prata e uma superfície reconstruída de Si (111) -7 × 7 leva a um grande aumento do espalhamento Raman. A Figura 1a ilustra o experimento. Uma ponta de prata afiada fabricada por feixe de íons focado (figura 1b, topo) é movido em direção à superfície de silício (figura 1b, fundo), enquanto monitora os espectros Raman da junção. A Figura 1c exibe o gráfico em cascata dos espectros Raman obtidos, onde o eixo horizontal do Raman muda, e a escala de cores a intensidade Raman. Quando a ponta está em regime de tunelamento, apenas o modo de fônon óptico do silício em massa é observado a 520 cm ^-1 . Contudo, quando o ponto atômico de contato entre a ponta e a superfície, o forte espalhamento Raman dos modos de fônon de superfície aparece repentinamente. Esses modos desaparecem novamente quando a ponta é afastada da superfície e o contato do ponto atômico é interrompido.

p A equipe de pesquisa demonstrou ainda que esta espectroscopia Raman de contato de ponto atômico (APCRS) pode resolver as estruturas em escala atômica da superfície do silício. Conforme mostrado na figura 2, o espectro Raman é diferente quando é registrado em uma etapa atômica da superfície. Além disso, os modos de vibração característicos podem ser observados seletivamente no local oxidado localmente (figura 3), indicando a sensibilidade química em escala atômica de espectroscopia Raman de contato de ponto atômico.

p Anteriormente, pensava-se que um nanogap plasmônico é necessário para obter a sensibilidade ultra-alta em espectroscopia Raman com ponta, que normalmente requer um substrato de metal. Isso impôs uma limitação severa nas amostras mensuráveis. A descoberta do enorme aprimoramento Raman sobre a formação de contato do ponto atômico expandirá o potencial da espectroscopia de vibração em escala atômica, que é aplicável a amostras não plasmônicas e a sensibilidade química excepcional será obtida para muitos outros materiais. Além disso, nossos resultados também sugerem que estruturas em escala atômica desempenham um papel indispensável em nanossistemas híbridos metal-semicondutores para afetar suas propriedades optoeletrônicas.