表面增强拉曼光谱的电磁理论综述

发布日期:2017-7-31     浏览次数:1087次    发布者:黄伟珺    

       我院田中群教授课题组与美国加州大学圣巴巴拉分校Martin Moskovits教授课题组在表面增强拉曼散射(SERS)理论方面合作,由丁松园博士与 Moskovits教授为通讯作者,在国际高水平学术刊物Chemical Society Reviews邀请下撰写了综述“Electromagnetic theories of surface-enhanced Raman spectroscopy”,近期发表于Chem. Soc. Rev., 2017,46, 4042-4076。

       该综述系统介绍了SERS理论特别是电磁场增强理论的进展;根据局域电磁场分布特点提出了三类SERS热点;首次提出了估算SERS增强因子上限的模型,基于该模型提出了一系列提高SERS增强因子的方法。最后,对当下SERS理论的几个热门问题如亚纳米空间分辨、综合电磁场增强和非电磁场增强贡献的SERS统一理论进行了评述和展望。

       本理论综述对比于SERS领域其他综述具有以下四个亮点:

(1)作者从SERS电磁理论和等离激元光子学相互促进发展的新视角,系统综述了这两个领域发展过程中的系列里程碑式重要工作、当前发展重点。由此,作者建议未来应当借鉴等离激元光子学中的新概念、新理论、新方法进一步发展SERS理论和方法。

(2)不仅讨论了金、银等纳米结构的局域表面等离激元共振激发导致的局域入射光电场增强效应;作者还讨论了常常为大家忽视的纳米结构对分子拉曼散射偶极子的再辐射增强效应。特别讨论了目前被大家广泛采用的SERS增强因子正比于局域电场增强四次方的近似在三种情况下失效的问题。

(3)本文首次提出了利用纳米天线有效作用体积和纳米间隙中热点体积之比估算纳米结构SERS增强因子的新模型。由此,作者提出了发展支持多尺度电磁场耦合的级联结构,进一步显著提高SERS增强因子的策略。

(4)系统介绍了两类常见SERS体系(即纳米粒子–纳米粒子耦合体系、纳米粒子–衬底耦合体系)的光学性质和SERS增强因子计算方法。该计算方法可为设计新的SERS活性纳米结构提供帮助。

               

       该工作得到国家自然科学基金委青年科学基金项目(21403179)、重点项目(21533006)、基金委界面电化学创新群体项目(21621091)和科技部973重大科学研究计划(2015CB932300)的支持。

    论文链接:http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/cs/c7cs00238f#!divAbstract