回音壁微探针为光谱学开辟了新的机遇

光与物质的相互作用是人类观察物质世界最基本的途径之一。光的反射和折射揭示了物质的形态，而光的非弹性散射，如拉曼散射，将化学键的分子指纹编码为光子的能量变化。然而，这种相互作用的可能性微乎其微。 m$}Jw<.W  
w[Q)b()  
在过去的几十年里，研究人员一直在开发特定的机制和结构来增强拉曼信号。表面增强拉曼光谱（SERS）是此类研究中最有前景的平台之一，其中引入了金属纳米结构，显著增强了样品表面附近的电磁场，并调整了目标能态密度，有利于拉曼散射。另一方面，回音壁模式（WGM）微谐振器已成为增强光物质相互作用的前沿，在传感、光谱、成像等领域得到应用。 c@/K}  
SRek:S,  
这些亚毫米谐振器可以作为光库，积累光并实现时间增强的光场。这两个平台的结合无疑是有前景和吸引人的，在空间和时间上提供了增强的光物质相互作用。然而，需要进行系统的研究和概念验证演示。 ]Ofs,U^  
Qs7*_=+h  
在最近发表在《光：科学与应用》杂志上的一篇论文中，由圣路易斯华盛顿大学的 Lan Yang 教授领导的一个研究小组提出了一种新的拉曼增强平台，其中 WGM 微探针与纳米等离子体 SERS 结构相匹配。纳米等离子体热点通过相位匹配的腔天线耦合机制与 WGM 耦合，以最大限度地提高各种化学和生化样品的自发拉曼散射。 =uD^#AX  
mk]8}+^.  
l{4rK
qtX  
据报道，在常规由聚焦的自由空间光束激发的独立纳米等离子体热点的基础上，该平台实现了两个数量级的增强。该团队还展示了该微探针与不同类型SERS基板的兼容性，包括光刻定义的纳米等离子体热点阵列和商用SERS基板纸，展示了该新型平台的多功能性。 F7IZ;4cp  
a/dq+  
更有趣的是，通过将探针安装到平移台上，仅使用亚毫瓦连续波泵浦功率实现了具有信号增强的二维高光谱拉曼成像。报告的结果为探索WGM-等离子体混合共振的非弹性光物质相互作用增强打开了大门，也为基于拉曼的材料分析和化学成像提供了一种多功能工具。 l-<EG9m@  
O7lFg;9c`  
作者解释说：“这篇论文总结了我们小组探索WGM微谐振器和纳米等离子体SERS结构结合的漫长旅程。我们发现，WGM不是简单地作为光泵激发界面，而是与纳米等离子体热点形成混合模式。此外，由于WGM的导波性质，我们观察到相位匹配条件的表现，这既是混合共振的证据，也是拉曼信号增强的重要因素，可以利用。” >S'IrnH'!  
9q_c`  
该团队人员说：“在某些方面，WGM微探针平台的工作方式类似于原子力显微镜（AFM）提示我们还试图从仪器开发的角度展示和评估该平台的潜力。这促使我们研究使用微探针配置增强常规SERS和二维扫描拉曼成像。根据所有结果，我们有信心说，这项新技术可以为更好、更紧凑的SERS测试平台带来许多机会”。 Y[Eq;a132  
YK%rTbB(  
研究人员总结道：“也许理解我们工作的最简单的方法是：我们开发了一种多功能且可扫描的接触镜片来处理SERS样品。” V3c7F4\  
0UOjk.~b  
相关链接：https://phys.org/news/2023-10-gallery-microprobe-opportunities-optical-spectroscopy.html