分子-等离子体耦合强度调节表面增强红外吸收谱线

时间:2020-05-26 22:52 来源:seo 作者:小可爱科技知识网 点击量:

分子-等离子体耦合强度调节表面增强红外吸收谱线

等离子体增强的分子光谱作为一种超灵敏度的检测工具,在单分子水平上得到了广泛的关注。通过与等离子体共振相互作用,纳米结构附近分子的光学响应将显著增强。然而,除了信号放大外,分子-等离子体相互作用还不可避免地引起谱线的强烈修饰,扭曲分子隐含的化学信息。一个典型的例子是表面增强红外吸收(SEIRA)光谱。由于分子-等离子体耦合的主导作用,分子吸收光谱的谱线呈现出复杂的非对称Fano谱线,而不是探针分子在气相和溶液相中的对称洛伦兹谱线。

许多开创性的研究集中在能量失谐依赖(等离子体共振能和分子振动能之间的能量差)和阻尼依赖(辐射损失与固有欧姆损失)线性效应上。分子-等离子体近场相互作用如何直接控制SEIRA谱线的演化,这一问题很少被研究。此外,在二体相互作用图之外,具有不同耦合强度的分子与等离子体相互作用如何共同控制谱线的评价也不清楚。最近,来自厦门大学的Jun Yi, enming You, Song-Yuan Ding, and Zhong-Qun Tian取得了令人兴奋的进展,并在理论上揭示了分子-等离子体耦合强度如何控制SEIRA光谱的演化。结果表明,即使相同的分子与相同的等离子体结构相耦合,谱线也取决于耦合距离、分子密度和等离子体在零失谐条件下的固有损耗。,等离子体共振能等于分子振动能。

作者首先发现,随着分子与等离子体结构之间距离的延长,分子与等离子体激元之间的耦合强度逐渐减弱,谱线从抗吸收倾向演化为不对称的Fano谱线。以分子-等离子体耦合强度为输入参数的分析模型也再现了这一结果,进一步揭示了分子与等离子体之间的主导偶极-偶极相互作用。

作者进一步发现,分子密度对谱线的确定也起着至关重要的作用,因为耦合强度取决于分子密度的平方根。有趣的是,当密度超过阈值时,预测出一种新的光谱模式,随着密度的增加,这种模式会红移到更低的能量。作者从等离子体介导的相干分子间相互作用,特别是位于等离子体热点内外的分子间的相互作用,阐明了新的模式起源。详细的研究表明,新模式的能量转移高度依赖于分子间耦合强度,因此可以用于研究纳米尺度上的相干分子间相互作用。这些研究揭示了分子-等离子体耦合强度对谱线的影响,并为进一步研究不同耦合强度下等离子体修饰的分子电子态或振动态提供了思路。

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