Name: resonance raman spectroscopy of extreme nanowires and other 1d systems
Uploaded: 2016-04-28T14:00:00
Duration: 7 min 44 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Resonance Raman Spectroscopy of Extreme Nanowires and Other 1D Systems at JoVE.com

The authors acknowledge financial support from the Engineering and Physical Sciences Research Council, UK under the Program Grant 'Supercritical Fluid Electrodeposition' (EP/J016276/1). J.S. and R.J.K. are indebted to the Warwick Centre for Analytical Science (EPSRC funded Grant EP/F034210/1). Additionally, we are indebted to Drs. Zheng Liu and Kazu Suenaga who provided the top right part of Panel d of Figure 1, which originally appeared in Microsc. Semicond. Mater. 2008, 120, 213-216 (used with permission).

<ol>
	<li>Raman, C. V., Krishnan, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+type+of+secondary+radiation.">A new type of secondary radiation.</a> Nature. 121, 501-502 (1928).</li><li>Gudiksen, M. S., Lauhon, L. J., Wang, J., Smith, D. C., Lieber, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growth+of+nanowire+superlattice+structures+for+nanoscale+photonics+and+electronics.">Growth of nanowire superlattice structures for nanoscale photonics and electronics.</a> Nature. 415, 617-620 (2002).</li><li>Hisamoto, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=FinFET-a+self-aligned+double-gate+MOSFET+scalable+to+20+nm.">FinFET-a self-aligned double-gate MOSFET scalable to 20 nm.</a> IEEE T Electron Dev. 47, 2320-2325 (2000).</li><li>Hurst, S. J., Payne, E. K., Qin, L., Mirkin, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multisegmented+one-dimensional+nanorods+prepared+by+hard-template+synthetic+methods.">Multisegmented one-dimensional nanorods prepared by hard-template synthetic methods.</a> Angew Chem. 45, 2672-2692 (2006).</li><li>Ishii, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+observation+of+Tomonaga-Luttinger-liquid+state+in+carbon+nanotubes+at+low+temperatures.">Direct observation of Tomonaga-Luttinger-liquid state in carbon nanotubes at low temperatures.</a> Nature. 426, 540-544 (2003).</li><li>Frank, S., Poncharal, P., Wang, Z. L., de Heer, W. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+Nanotube+Quantum+Resistors.">Carbon Nanotube Quantum Resistors.</a> Science. 280, 1744-1746 (1998).</li><li>Bastard, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Superlattice+band+structure+in+the+envelope-function+approximation.">Superlattice band structure in the envelope-function approximation.</a> Phys Rev B. 24, 5693-5697 (1981).</li><li>Sloan, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+One-Dimensional+BaI2+Chain+with+Five-+and+Six-Coordination,+Formed+within+a+Single-Walled+Carbon+Nanotube.">A One-Dimensional BaI2 Chain with Five- and Six-Coordination, Formed within a Single-Walled Carbon Nanotube.</a> Angew Chem I E. 41, 1156-1159 (2002).</li><li>Philp, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+encapsulated+helical+one-dimensional+cobalt+iodide+nanostructure.">An encapsulated helical one-dimensional cobalt iodide nanostructure.</a> Nat Mater. 2, 788-791 (2003).</li><li>Carter, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Correlation+of+Structural+and+Electronic+Properties+in+a+New+Low-Dimensional+Form+of+Mercury+Telluride.">Correlation of Structural and Electronic Properties in a New Low-Dimensional Form of Mercury Telluride.</a> Phys Rev Lett. 96, 215501 (2006).</li><li>Sloan, J., Kirkland, A. I., Hutchison, J. L., Green, M. L. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integral+atomic+layer+architectures+of+1D+crystals+inserted+into+single+walled+carbon+nanotubes.">Integral atomic layer architectures of 1D crystals inserted into single walled carbon nanotubes.</a> Chem Commun. , 1319-1332 (2002).</li><li>Eliseev, A., Yashina, L., Kharlamova, M., Kiselev, N., Marulanda, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Electronic Properties of Carbon Nanotubes. , (2013).</li><li>Senga, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atomic+structure+and+dynamic+behaviour+of+truly+one-dimensional+ionic+chains+inside+carbon+nanotubes.">Atomic structure and dynamic behaviour of truly one-dimensional ionic chains inside carbon nanotubes.</a> Nat Mater. 13, 1050-1054 (2014).</li><li>Spencer, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Raman+Spectroscopy+of+Optical+Transitions+and+Vibrational+Energies+of+~1+nm+HgTe+Extreme+Nanowires+within+Single+Walled+Carbon+Nanotubes.">Raman Spectroscopy of Optical Transitions and Vibrational Energies of ~1 nm HgTe Extreme Nanowires within Single Walled Carbon Nanotubes.</a> ACS Nano. 8, 9044-9052 (2014).</li><li>Brown, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+yield+incorporation+and+washing+properties+of+halides+incorporated+into+single+walled+carbon+nanotubes.">High yield incorporation and washing properties of halides incorporated into single walled carbon nanotubes.</a> Appl Phys A. 76, 457-462 (2003).</li><li>Ebbesen, T. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wetting,+filling+and+decorating+carbon+nanotubes.">Wetting, filling and decorating carbon nanotubes.</a> J Phys Chem Solids. 57, 951-955 (1996).</li><li>Cardona, M., Merlin, R., Cardona, M., Merlin, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Light+Scattering+in+Solid+IX.">Light Scattering in Solid IX.</a> Vol. 108 Top Appl Phys. , 1-14 (2007).</li><li>Schadler, L. S., Giannaris, S. C., Ajayan, P. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Load+transfer+in+carbon+nanotube+epoxy+composites.">Load transfer in carbon nanotube epoxy composites.</a> Appl Phys Lett. 73, 3842-3844 (1998).</li><li>Zardo, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pressure+Tuning+of+the+Optical+Properties+of+GaAs+Nanowires.">Pressure Tuning of the Optical Properties of GaAs Nanowires.</a> ACS Nano. 6, 3284-3291 (2012).</li><li>Eliseev, A. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structure+and+electronic+properties+of+AgX+(X=Cl,Br,I)-intercalated+single-walled+carbon+nanotubes.">Structure and electronic properties of AgX (X=Cl,Br,I)-intercalated single-walled carbon nanotubes.</a> Carbon. 48, 2708-2721 (2010).</li><li>Dresselhaus, M. S., Dresselhaus, G., Saito, R., Jorio, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Raman+spectroscopy+of+carbon+nanotubes.">Raman spectroscopy of carbon nanotubes.</a> Phys Rep. 409, 47-99 (2005).</li><li>Strano, M. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electronic+Structure+Control+of+Single-Walled+Carbon+Nanotube+Functionalization.">Electronic Structure Control of Single-Walled Carbon Nanotube Functionalization.</a> Science. 301, 1519-1522 (2003).</li><li>Weisman, R. B., Bachilo, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dependence+of+Optical+Transition+Energies+on+Structure+for+Single-Walled+Carbon+Nanotubes+in+Aqueous+Suspension:+An+Empirical+Kataura+Plot.">Dependence of Optical Transition Energies on Structure for Single-Walled Carbon Nanotubes in Aqueous Suspension: An Empirical Kataura Plot.</a> Nano Lett. 3, 1235-1238 (2003).</li><li>Blancon, J. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+measurement+of+the+absolute+absorption+spectrum+of+individual+semiconducting+single-wall+carbon+nanotubes.">Direct measurement of the absolute absorption spectrum of individual semiconducting single-wall carbon nanotubes.</a> Nat Comms. 4, 2542 (2013).</li><li>Kim, U., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Infrared-Active+Vibrational+Modes+of+Single-Walled+Carbon+Nanotubes.">Infrared-Active Vibrational Modes of Single-Walled Carbon Nanotubes.</a> Phys Rev Lett. 95, (2005).</li><li>Krestinin, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Perspectives+of+Single-Wall+Carbon+Nano-tube+Production+in+the+Arc+Discharge+Process.">Perspectives of Single-Wall Carbon Nano-tube Production in the Arc Discharge Process.</a> Eurasian Chem Technol. 1, 7-18 (2003).</li><li>Pennycook, S. J., Williams, D. B., Carter, C. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Transmission Electron Microscopy: A Textbook for Materials Science, Second Edition. , (2009).</li><li>Bell, D. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+and+analysis+of+nanowires.">Imaging and analysis of nanowires.</a> Microsc Res Tecnhiq. 64, 373-389 (2004).</li><li>Williams, D., Carter, C. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Transmission Electron Microscopy. , 581-603 (2009).</li><li>Ingale, A., Bansal, M., Roy, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Resonance+Raman+scattering+in+HgTe:+TO-phonon+and+forbidden-LO-phonon+cross+section+near+the+E1+gap.">Resonance Raman scattering in HgTe: TO-phonon and forbidden-LO-phonon cross section near the E1 gap.</a> Phys Rev B. 40, 12353-12358 (1989).</li><li>Shen, Y., Quirke, N., Zerulla, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polarisation+dependence+of+the+squash+mode+in+the+extreme+low+frequency+vibrational+region+of+single+walled+carbon+nanotubes.">Polarisation dependence of the squash mode in the extreme low frequency vibrational region of single walled carbon nanotubes.</a> Appl Phys Lett. 106, 201902 (2015).</li><li>Puretzky, A. A., Geohegan, D. B., Rouleau, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Narrow+and+intense+resonances+in+the+low-frequency+region+of+surface-enhanced+Raman+spectra+of+single-wall+carbon+nanotubes.">Narrow and intense resonances in the low-frequency region of surface-enhanced Raman spectra of single-wall carbon nanotubes.</a> Phys Rev B. 82, 1-9 (2010).</li><li>Yariv, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+application+of+time+evolution+operators+and+Feynman+diagrams+to+nonlinear+optics.">The application of time evolution operators and Feynman diagrams to nonlinear optics.</a> Quantum Electronics, IEEE. 13, 943-950 (1977).</li><li>Cantarero, A., Trallero-Giner, C., Cardona, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Excitons+in+one-phonon+resonant+Raman+scattering:+Frohlich+and+interference+effects.">Excitons in one-phonon resonant Raman scattering: Frohlich and interference effects.</a> Phys Rev B. 40, 12290-12295 (1989).</li><li>Shields, A. J., Cardona, M., N&#246;tzel, R., Ploog, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+the+exciton+lifetime+on+resonant+Raman+scattering+in+quantum+wells.">Influence of the exciton lifetime on resonant Raman scattering in quantum wells.</a> Phys Rev B. 46, 10490-10493 (1992).</li><li>Ye, J. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Liquid-gated+interface+superconductivity+on+an+atomically+flat+film.">Liquid-gated interface superconductivity on an atomically flat film.</a> Nat Mater. 9, 125-128 (2010).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

בעוד כמות של מחקר ענק שנעשה על nanowires הגבול היסוד של הקוטר הקטן nanowires אפשרי, nanowires קיצוני, כמעט ולא נחקרו. זה כבר הוכח כי המאפיינים של ננו-חוטים אלה לא יוצרים רצף אפילו עם nanowires בקוטר מעט גדול; למשל הם יכולים להפגין צורות גבישים חדשות לגמרי של חומרי ההורה שלהם. בהתחשב במספר הרב של חומרי הורה אפשריים שכל הורה יכול לייצר הרבה יותר nanowire מקיצוניות אחת בטווח של nanowires האפשרי פיסיקה היא עצומה. העובדה שמחקר nanowire הקיצוני הוא עדיין בשלביה הראשונים היא לא בגלל שיטות ייצור הנדרשים אינן מבוססות היטב. התהליך החדיר להמס המפורטים במאמר זה הוא אמין נוצל בעבר על ידי קבוצות רבות וגישות אחרות כגון מילוי סובלימציה זמינים אם חדיר להמס אינו אופטימלי עבור כל מילוי בפרט. בחלקו, ההשדה הוא התאפק על ידי חוסר שיטה פשוטה יחסית ישימה נרחב עבור הלא הרסני מאפיינת nanowires הקיצוני. אם השדה של צינורות פחמן הוא כל מדריך, ספקטרוסקופיית ראמאן יש סיכוי טוב להיות שיטת הבחירה לפתרון בעיה זו. המפתח להשגת ספקטרום ראמאן שימושי על nanowires הקיצונית הוא להכיר בכך במשותף עם כל שיפור תהודת מערכות 1D השני של פיזור ראמאן הוא תנאי הכרחי להתבוננות כל פיזור. ברגע שהתנהגותו תהודה המלאה סוג מדגם מסוים נקבעה באמצעות השיטות המפורטים בפרוטוקול זה אפשר להשתמש באנרגית עירור תהודה קבועה עבור מרבית היישומים של ראמאן לאפיון המדגם כי יאיץ את המדידות ולהפחית את העלות של מערכת ראמאן הנדרש. כפי שניתן לראות בתוצאות המוצג במאמר זה בעיה קריטית בהשגת באיכות גבוהה תוצאות תהודה ראמאן על nanowires קיצונית היאצריך להיות מסוגל לכוון מחדש את קרן ליזר מתכונן reproducibly על פני כמה ימים עם דיוק גבוה. זה דורש שינויים בפרט למערכת ותשומת הלב הניסיונית את הפרטים החשובים ביותר של הניסוי; נכון התמקדות של מערכת אופטית, תיאום מדויק של קרן לייזר על המטרה מיקרוסקופ ואת היכולת לתקן בדיוק כל תנועה לרוחב של המדגם. הטכניקות שפותחו כדי להשיג טופס זה בסיס נייר זה. אחרים פיתחו טכניקות ומערכות לשיפור שחזור של ניסויים ראמאן התהודה כולל חלוצים כמו M. קרדונה שפנו את הטכנולוגיה על מגוון רחב של מערכות גם בכמויות הקוונטים. הטכניקה שלנו מבוססת גם על העבודה של החלוצים של ראמאן צינורות פחמן כולל מ Dresselhaus 21. עם זאת הפרוטוקול המובא כאן הוא מתאים במיוחד עבור ניסויי תהודת ראמאן על nanowires הקיצוני. חלק מרכזי של היםuccess של הפרוטוקול היה הפיתוח של המערכת הניסיונית שמוצגת באיור 10. הנתון מוכיח נוף תכנית של ההתקנה האופטית מועסקת על ניסויי ראמאן כמפורטים בפרוטוקול. אור הליזר ממוקד באמצעות מטרת 50X (שכותרתו OB) על המדגם, חתום ב cryostat לפי הפרוטוקול. cryostat זה רכוב על במת XYZ לאפשר 3 תנועה ממדית של המדגם לצורך מיצוב מחדש והתמקדות. אור הליזר נוצר דרך A ו- B (היותו מקור משאבה Ti: ספיר בהתאמה), פרטים מדויקים של הליזר להיות ציינו במסמך החומרים שסופק. כאשר משתמשים במסנן מסחרי בקו לייזר (רכיב C) אור לייזר מכוונת דרך במרכז הקשתית 1 ו -2 ושימוש collimated העדשה 1 ו -2 (L1 ו- L2). האור עובר דרך צלחת חצי גל ו מקטב (HWP1 ו Pol1) לשלוט במטוס של האירוע כוח הקיטוב לייזר על PM2, כמפורט בפרוטוקול. אור לייזר מועברדרך המסנן מתכונן, C, ושימוש מראות M1 ו- M2, הוביל אל השביל האופטי הנכון כך זה נורמלי הפנים האחורי של המטרה (OB) מרוכז על C1 המצלמות ו- C2. מסנן ND משמש עמדת הקורה משתקף בחזרה מתכליתו על מד כוח, PM1, כדי לאפשר הליך ההתמקדות (שלב 9.9) שיבוצע. אור מפוזר מהמידגם נאסף ומועבר דרך העדשה 3 (L3) ושיסף 1 לתוך ספקטרומטר. התאמת רוחב החריץ ואת המיקום של העדשה חשובה על מנת למקסם את אות ראמאן, כמפורט בסעיף פרוטוקול 8. אם אורך גל הליזר הוא מחוץ לקו ליזר מסנני טווח מבצעי, ההתקנה בראג הנפח צריכה להיות מועסקת כאמור בסעיף 8.2 .1-8.2.3. חשוב כי ההגדרה האופטית משתנית בהתאם לקו המקווקו השחור לפי איור 10, ואת המראה M3 יוסר הנתיב. לבסוף, אם התחייבות ניסויים תלוי קיטוב, חשובלשלוט על הקיטוב ולתחזק את הקיטוב הזנת ספקטרומטר, זה מוסבר בסעיף 12 של הפרוטוקול ורכיבים כדי להוסיף את ההתקנה מודגשים על ידי קו סגול מקווקו באיור 10. הכחול קו מקווקו באיור 10 הצביעו רכיבים שאינם נוסף כדי לאפשר הדמיה חיה של המדגם כפי שצוין על ידי סעיף 14 של הפרוטוקול. כמו בכל שיטות ניסיוניות פיזור ראמאן תהודה יש ​​מגבלות. בפרט, מקורות ליזר מתכונן הזמינים וגלאים אומרים שזה הרבה יותר קל לבצע את ננומטר ספקטרלי טווח 350-1,000 למרות ארכה נוספת לתוך אינפרא האדום ו UV אפשרי. מערכת הניסוי נדרשת לבצע פיזור ראמאן עם מקורות מתכוננים אינה זולה עם אומדן סביר להיות 200-300k £ במועד הפרסום. בנוסף למורכבות של המערכות הנדרשות אומרת שהם דורשים היכרות קצת עם אופטיספקטרוסקופיה לפעול בהצלחה. עם זאת ראמאן פיזור מספק שילוב של מידע שקשה להשיג מטכניקות אחרות. למרבה הפלא אפשר להשיג פיזור ראמאן, ובכך אנרגיות תנודה, מ צינורות פחמן מוקפים חומה אחת פרט כי לא יכולים עדיין להיות מושגת על ידי כל טכניקה אחרת. עכשיו כי תהודות של nanowires מתחילים להיקבע זו פותחת מגוון של סיומות אפשריות של פיזור ראמאן. לדעתנו את הסיומת ל- מגודרת אלקטרוכימי nanowires הקיצוני 20 בטמפרטורות עד 4 K 36, המאפשרת מדידות על nanowires על פני טווח רחב של צפיפויות תשלום יהיה מפתח להבנת חומרים אלה. לבסוף באמצעות פיזור ראמאן להבנת מעברים מבניים ונמסו nanowires הקיצוני עשויים לעזור כדי לייעל את איכות הדגימות שניתן להפיק עוד יותר.

ספקטרוסקופיית ראמאן ספקטרוסקופיה תהודה ראמאן טכניקות ומבוססת כי מנוצלים נרחב מדעית וטכנולוגית. בעוד דווח לראשונה על ידי ראמאן עצמו בשנת 1928 1 המפתח השימוש התפשטות רחבה של ספקטרוסקופיית ראמאן היה פיתוח של לייזרים, לייזרים מתכווננים במקרה של תהודה ראמאן, לספק בעוצמה גבוהה, מקורות עירור רוחב פס צר. מאמר זה מציג מדוע פיזור ראמאן התהודה הוא שיטה חשובה במיוחד עבור חוקר את הפיזיקה הבסיסית ואפיון דגימות של מערכות 1D ב nanowires בכלל קיצוני, nanowires למשל בקטרים ​​של ~ 1-5 אטומים. הוא עוסק גם קשיים מיוחדים כדי ספקטרוסקופיית ראמאן של ננו-חוטים כאלה פרוטוקול המאפשר אלה שיש להתגבר עליו ובכך להשיג מדידות דירות גבוהות של תלות ליזר האנרגיה של יעילות פיזור ראמאן במערכות אלו. יש מגוון רחב של extended, מערכות קוונטיות 1D גבישים, הידוע גם בשם nanowires, זמינות עבור מחקר ויישום. אלה כוללים nanowires מוליכים למחצה מבוגר אדי נוזל-מוצק 2, nanowires מוגדר lithographically 3, אלומינה anodic ולעקוב אחר nanowires תבנית קרום לחרוט 4 ואחרים. אחת סיבות מרכזיות עבור האינטרס במערכות אלה הן כי הם משלבים השפעות כליאה הקוונטית גדולות עם היכולת עבור אלקטרוני ריגושים אחרים לנוע בחופשיות לאורך המבנה. במובנים מסוימים nanowires הם שונה לגמרי מחומר ההורה שלהם, למשל מופחת הקרנת אלקטרומגנטית כתוצאה מגבייה חינם 5, ובמקרים מסוימים מופחת פיזור אלקטרונים מוביל תחבורה בליסטית 6. עם זאת, במובנים רבים nanowires הם עדיין בכמות גדולה כמו, למשל המבנה המליט קריסטל המקומי, וכמעט תמיד את האיכות היסודית של פונקציות הגל האלקטרוניות ברמה האטומית הן חלוש שרק הותאמה לעומת בתפזורת כךכי קירוב המעטפה 7 תקפים. עם זאת משום שהמאפיינים של הכיוונים המרותקים מופחתים מספר אטומים, nanowires עם מליטה חדשה לגמרי יכול להתרחש להרכיב מעולם בעבר ראה allotropes 8-10. nanowires אלה הם קיצוניים בשני מובנים; הם על הגבול הקיצוני של ההפחתה האפשרית בחתך 11-13 ויש להם מאפיינים קיצוניים 10,13,14. לפני ביצוע ספקטרוסקופיה התהודה ראמאן, יש צורך לייצר דגימות nanowire הקיצוניות. המתודולוגיה המפורטים במאמר זה ליצירת ננו-חוטים אלה היא חדירה להמיס חומרים לתוך פחמן בודד מוקף חומה. ממסים חדירים הוא אחת משתי-גבוהה פרוטוקולי מילוי תשואה המשמש קבלת צינורות פחמן חד-דופנות מולאו באופן רציף (SWNT), סובלימציה להיות האחרת, אשר פופולרי עבור כניסתה של מולקולות מסוימות (כלומר פולרנים) וכמה מלחים בינארי, ולאחרונה CSI 13. בעוד השיטה השנייה מייצרת ליד מילוי כמוני, הוא מוגבל כי החומר להיות הציג חייבת נשגב בקלות אשר מאוד מגביל את המספר וסוג הסתימות שעשויות להיות מוחדרים SWNT. פרוטוקול המילוי חדיר להמס יכול, בזהירות, לשמש לייצור ליד כמוני מילוי 15 ויש לו אילוצים פחות מזו של פרוטוקול סובלימציה. אלה הם שהחומר חייב בעלי מתח פנים נמוך מ 100-200 MN מ -1 ובטמפרטורה להמיס מתחת כ -1,300 K כדי למנוע נזק המארח SWNTs. 16 במיקרוסקופ אלקטרוני הילוכים (TEM) הוא השיטה הטובה ביותר לאפיין את איכות המילוי של צינוריות פחמן לזהות את המבנה הגבישי או מבנים של nanowires הקיצוני פיק. פתרון מבנים של רסיסי בדולח-מוטבע SWNT מתמונות HRTEM כרוכה השוואות ניסוי וטעייה בין סימולציות תמונה מתוך mod קריסטל שבר משפטאלס וניגוד התמונה שהושג בניסוי. מאמר זה מתאר פרוטוקול המאשר מיקרו של מוטיבים nanowire קיצוניים בדגימות SWNT ידי סימולציה תמונה HRTEM כהקדמה אפיון ספקטרוסקופיות שלהם. תהודת ספקטרוסקופיית ראמאן 17 היא כלי אידיאלי הוא להבנת הפיזיקה הבסיסית של ננו-חוטים קיצוניים, פעם אנרגיות התהודה נקבעו, לאפיון הסוג והאיכות של דגימות של ננו-חוטים. ביסודו של דבר, תהודת ראמאן מאפשר לקבוע הישיר של שני אנרגיות העירור האופטיות רטט 17. עם מודלים נוספים של התלות באנרגיה פוטון של תהודה אפשר לכמת את האינטראקציה אלקטרונים-פונון 17. לאחר אנרגיות תהודה נקבעו nanowires הקיצוני במיוחד, ספקטרום ראמאן של ננו-החוטים יכול לשמש למעקב אחר זן 18 ושלב שינויים מבני 19 בשלטמפרטורה, לחץ ההידרוסטטי, או כיפוף של החוט. אמנם זה עדיין לא הוכח, סביר להניח כי בחלק nanowires המגנטי קיצוני ספין ריגושים יובילו פיזור ראמאן המאפשרים להם להיות נחקר. הארכת ראמאן פיזור הדגימות הוחזקו בתא spectroelectrochemical יכול לשמש כדי לחקור העברת מטען בין nanowires הקיצוני צינורות מארחים 20. ככלי אפיון ספקטרוסקופיית ראמאן מספקת שיטת מגע עישון, שאינה הרסני קביעת סוג nanowire ואיכות 21. זה יכול לשמש ככלי לאפיון דגימות לאחר ייצור ו / או טיהור ואפילו כאשר nanowires נכלל התקנים כגון טרנזיסטורים או מרוכבים אשר לפחות באופן חלקי שקוף על אנרגיות פוטון הדרושות. אין טכניקה אחת שיכולה לספק אלטרנטיבה ישירה פיזור ראמאן תהודה (RRS); עם זאת יש מגוון של טכניקות אחרות החופפים כמה aspeCTS של היכולות בשיטה זו. במונחים של קביעת אנרגיות המעבר האופטית של ננו-חוטים הקיצוניים מדידות ספיגות UV-VIS-NIR 22 הצעת טכניקה הרבה יותר פשוט. עם זאת בדגימות עם אנסמבל של ספקטרוסקופיה מבנים קליטה שונים אי אפשר לנתק את תכונות אופטיות שונות לתוך ערכות הקשורים מבנים בפרט. תהודת ראמאן פיזור יכול להשיג זאת בשל הקשר בין ספקטרום אופטי רטט. שילוב של שתי טכניקות שבו מדגיש המדידה ספיגת UV-VIS-NIR למקד את האנרגיות של תהודה ראמאן יכול לזרז את התהליך הכולל באופן משמעותי. ספקטרוסקופיה עירור Photoluminescence (PLE) 23 מציע את היכולת לשייך מעברים אופטיים שונים יחיד מדגם; עם זאת זה עובד רק עבור חלק, nanowires אל מתכתיים במיוחד, וזה רק מעט פחות מסובך לבצע מאשר RRS ובאופן כללי דורש דגימות מונו פיזור מוגן מפני סביבתיnment כדי להצליח לחלוטין. בניגוד PLE, ספקטרוסקופיית תהודה ראמאן עובד באותה מידה עם ארוזות ודוגמאות פיזור מונו ולכן דורשת הכנת המדגם הקטן. בעוד עדיין מעט בשימוש, ספקטרוסקופיה פיזור ריילי על nanowires פרט 24 ואחריו הילוכי אלקטרונים מיקרוסקופים (TEM) ניתוח של מבנה nanowire יכול לזהות את כל אנרגיות העירור האופטיות של החוט בטווח ספקטרלי נחקר ולזהות מבנה nanowire בפרט . עם זאת, הטכניקה הזו אינה מספקת את המידע האנרגיה הרטט אפשרי עם RRS; זה מאוד מאתגר לבצע ולעולם הולך להיות מתאים ככלי אפיון כלליים. במונחים של מידע אנרגית רטט חלופת הקיימא כרגע רק היא ספקטרוסקופיה IR 25 אולם זה סביר, בשל כללי ברירה, כדי לבחון קבוצה שונה של אנרגיות תנודה ובכך להיות משלימים ולא תחרותי. בנוסף IR spectroscopy יסבול את אותן בעיות עם דגימות אנסמבל כמו מדידות ספיגות UV-VIS-NIR. כפי ספקטרוסקופיה דנה ראמאן כבר הותקן למגוון רחב של בעיות בתוך מדע. במערכות מולקולריות הוא משמש כדי להשלים ספקטרוסקופיה IR לקביעת ספקטרה הרטט וגם כטכניקה טביעת אצבע לניתוח את הרכב החומרים. זה נוצל נרחב במערכות גבישים, למשל, פיזור האור בסדרה מוצקה של ספרים כולל תשעה כרכים. במקרה של מערכות 3D ו 2 ד, עירור תהודה משמש פחות לשיפור עוצם פיזור הכולל ועוד עבור שיפור התרומה של מעברים אופטיים הספציפיים בתוך תהליך ראמאן המוביל הפירוק של כללי ברירה הסטנדרטיות היכולת לכמת את האינטראקציה של הריגושים שנצפו ספקטרום ראמאן עם מצבים אלקטרוניים ספציפיים. לאחרונה ספקטרוסקופיית ראמאן יש t המרכזי היהo המחקר של צינורות פחמן, במיוחד פחמן בודד מוקף חומה. המחקר הננו-צינורות פחמן 21 הדגיש את העובדה למערכות 1D עירור התהודה לא חובה, כפי שהוא עבור רוב היישומים של ראמאן למערכות 3D ו 3D, אבל הוא הכרחי. הסיבה לכך היא פיזור ראמאן הלא תהודה חלש מכדי לשים לב וזה רק כאשר העירור הוא מהדהד עם ייחודויות ואן הוב החזקה הצפיפות האופטית של מדינות, כי הם תכונה של מערכות 1D בפרט, כי כל ספקטרום ראמאן ניתן לצפות. כך במקרה של ננו-חוטים קיצוני השימוש ספקטרוסקופיית ראמאן דורש מדידה מלאה תהודה ראמאן למצוא את תהודות כל nanowires במדגם לפני ספקטרוסקופיית ראמאן ניתן ליישם לומד חומרים אלה.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Carbon Nanotubes</td>
			<td>Nanointegris</td>
			<td>NI96</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carbon Nanotubes</td>
			<td>Private</td>
			<td></td>
			<td>Synthesis described in Eurasian Chem.-Technol. J. 2005, 5, 7-18.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mercury Telluride</td>
			<td>VMR</td>
			<td></td>
			<td>99.999% metals basis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silica Quartz Tubing</td>
			<td>H. Baumbach &#38; Co.&#160;</td>
			<td></td>
			<td>Various diameters and lengths used - typically 1 cm OD, 0.8 cm ID and 8cm long.&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tube furnace</td>
			<td>Carbolite</td>
			<td>&#160;MTF-12/38/250</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>JEOL ARM 200F&#160;</td>
			<td>JEOL&#160;</td>
			<td></td>
			<td>200 kV High Resolution TEM Operated at 80 kV and equipped with&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>CEOS hardware spherical aberation (Cs) imaging corrector. Cs corrected&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>to 0.001 mm.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SC1000 ORIUS camera</td>
			<td>Gatan</td>
			<td></td>
			<td>Size of CCD 4008 x 2672</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital Micrograph Suite 2.31</td>
			<td>Gatan</td>
			<td></td>
			<td>64 bit version</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>XMax X-ray Microanalysis&#160;</td>
			<td>Oxford Instruments</td>
			<td></td>
			<td>This detector uses the silicon drift detection (SDD) principle. 1 nm diameter electron probe.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Crystalmaker Ver 8.7</td>
			<td>Crystalmaker</td>
			<td></td>
			<td>Used for assembling crystal fragments for image simulations</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nanotube Modeler</td>
			<td colspan="2">JCrystalSoft &#169;2015-2015</td>
			<td>Used for generating Nanotube models</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SimulaTEM</td>
			<td>Private</td>
			<td></td>
			<td>Ultramicroscopy, 2010, 110, 95-104.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Verdi V8 Pump</td>
			<td>Coherent</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mira 900 Ti:Sapphire</td>
			<td>Coherent</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Volume Bragg Grating</td>
			<td>Optigrate</td>
			<td></td>
			<td>Specfication between 680-720nm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Photonetc TLS 850 LLTF&#160;</td>
			<td>Photonetc</td>
			<td></td>
			<td>Tunable between 700-1000nm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LMPLAN IR50x MircoscopeObjective</td>
			<td>Olympus</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cryostat</td>
			<td>Oxford Instruments</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triple Raman Spectrometers</td>
			<td>Princeton Instruments</td>
			<td></td>
			<td>triple 600nm using gratings 900, 900, 1800 lines/mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CCD</td>
			<td>Princeton Instruments</td>
			<td></td>
			<td>deep depleted, UV enchanced liquid N2 Cooled Silicon CCD</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

resonance raman spectroscopy of extreme nanowires and other 1d systems

This paper briefly describes how nanowires with diameters corresponding to 1 to 5 atoms can be produced by melting a range of inorganic solids in the presence of carbon nanotubes. These nanowires are extreme in the sense that they are the limit of miniaturization of nanowires and their behavior is not always a simple extrapolation of the behavior of larger nanowires as their diameter decreases. The paper then describes the methods required to obtain Raman spectra from extreme nanowires and the fact that due to the van Hove singularities that 1D systems exhibit in their optical density of states, that determining the correct choice of photon excitation energy is critical. It describes the techniques required to determine the photon energy dependence of the resonances observed in Raman spectroscopy of 1D systems and in particular how to obtain measurements of Raman cross-sections with better than 8% noise and measure the variation in the resonance as a function of sample temperature. The paper describes the importance of ensuring that the Raman scattering is linearly proportional to the intensity of the laser excitation intensity. It also describes how to use the polarization dependence of the Raman scattering to separate Raman scattering of the encapsulated 1D systems from those of other extraneous components in any sample.

Watch this Scientific Journal Video about Resonance Raman Spectroscopy of Extreme Nanowires and Other 1D Systems at JoVE.com

Resonance Raman Spectroscopy of Extreme Nanowires and Other 1D Systems

The paper describes a method for producing extreme nanowires by melt infiltration into carbon nanotubes and how 1D systems may be characterized and investigated using Resonance Raman Spectroscopy to determine vibrational and optical excitation energies.

תהודה ראמאן ספקטרוסקופיה של Nanowires אקסטרים מערכות 1D אחרים

This paper briefly describes how nanowires with diameters corresponding to 1 to 5 atoms can be produced by melting a range of inorganic solids in the ...

Research

JoVE Journal

Engineering

Synthesis and Microdiffraction at Extreme Pressures and Temperatures

סינתזה וMicrodiffraction בלחצים וטמפרטורות קיצוניים

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary ...

Ultrahigh Density Array of Vertically Aligned Small-molecular Organic Nanowires on Arbitrary Substrates

מערך צפיפות ultrahigh של nanowires אורגני קטן מולקולרי בציר אנכי על מצעים שרירותיים

In  recent years &pi;-conjugated  organic semiconductors have emerged as the active material in a number of  diverse applications including large-area, ...

Monolayer Contact Doping of Silicon Surfaces and Nanowires Using Organophosphorus Compounds

חד שכבתי לתקשר סימום של משטחי סיליקון וNanowires שימוש בתרכובות זרחן אורגניות

Monolayer Contact Doping (MLCD) is a simple method for doping of surfaces and nanostructures1. MLCD results in the formation of highly controlled, ultra ...

Evaluating Plasmonic Transport in Current-carrying Silver Nanowires

Plasmonics is an emerging technology capable of simultaneously transporting a plasmonic signal and an electronic signal on the same information ...

Preparation and Use of Photocatalytically Active Segmented Ag|ZnO and Coaxial TiO2-Ag Nanowires Made by Templated Electrodeposition

Preparation and Use of Photocatalytically Active Segmented Ag|ZnO and Coaxial TiO2-Ag Nanowires Made by Templated Electrodeposition

אופן ההכנה ושימוש בPhotocatalytically פעיל מקוטע Ag | ZnO וקואקסיאלי טיו<sub&gt; 2</sub&gt;-Ag Nanowires Made by Templated Electrodeposition

Photocatalytically active nanostructures require a large specific surface area with the presence of many catalytically active sites for the oxidation and ...

High-Sensitivity Nuclear Magnetic Resonance at Giga-Pascal Pressures: A New Tool for Probing Electronic and Chemical Properties of Condensed Matter under Extreme Conditions

רגישות גבוהה תהודה מגנטית גרעינית בחצי Giga-פסקל: כלי חדש לבדיקת מאפיינים אלקטרוניים והכימיים של חומר מעובה בתנאים קיצוניים

Nuclear Magnetic Resonance (NMR) is one of the most important techniques for the study of condensed matter systems, their chemical structure, and their ...

Surface Enhanced Raman Spectroscopy Detection of Biomolecules Using EBL Fabricated Nanostructured Substrates

משטח משופר ראמאן ספקטרוסקופיה איתור של מולקולות ביולוגיות באמצעות EBL מצעי Nanostructured המפוברק

Fabrication and characterization of conjugate nano-biological systems interfacing metallic nanostructures on solid supports with immobilized biomolecules ...

Characterization of Nanocrystal Size Distribution using Raman Spectroscopy with a Multi-particle Phonon Confinement Model

אפיון התפלגות גודל ננו באמצעות ראמאן ספקטרוסקופיה עם דגם Phonon מאסר רב-חלקיקים

Analysis of the size distribution of nanocrystals is a critical requirement for the processing and optimization of their size-dependent properties. The ...

A Fabrication Method for Highly Stretchable Conductors with Silver Nanowires

שיטת ייצור למוליכים מאוד מתיחה עם Nanowires הכסף

Stretchable electronics are identified as a key technology for electronic applications in the next generation. One of the challenges in fabrication of ...

High Resolution Phonon-assisted Quasi-resonance Fluorescence Spectroscopy

ספקטרוסקופיה פלואורסצנטי Quasi-תהודה רזולוציה גבוהה בסיוע Phonon

High resolution optical spectroscopy methods are demanding in terms of either technology, equipment, complexity, time or a combination of these. Here we ...