بخشی از مقاله
-1 مقدمه
با اختراع میکروسکوپ تونلی روبشی - Scanning MTS - Tunneling Microscopy, در سال 1980، روشهای پروب روبشی با قدرت تفکیک پذیری بالا مانند میکروسکوپ نیروی اتمی Atomic-Force Microscopy, - - AFM، میکروسکوپ نوری میدان نزدیک روبشی Near- - - Field Scanning Optical Microscopy, NSOM ابداع شد 1]و.[2 میزان تفکیکپذیری میکروسکوپ نوری میدان نزدیک زیر حد پراش نور است؛ با این حال محدود بودن روزنه و وابستگی به طول موج حساسیت این نوع میکروسکوپ را کاهش میدهد و سطح سیگنال ذاتی ضعیفی دارد 4]و.[3 ترکیب شیوه میدان نزدیک و پراکندگی رامان سطحی، پراکندگی رامان بهبود یافته با تیپ - Tip-Enhanced Raman Spectroscopy, TERS - تعریف میشود که ابزاری قدرتمند برای آنالیز مواد در مقیاس نانو محسوب میشود 6]و.[5 این روش در آنالیزهای شیمیایی با حساسیت تک مولکول در مقیاس نانو به کار میرود 8]و .[7 برخی محققین از این روش برای به دام انداختن ذرات نانو، اتم یا مولکول با به کارگیری از میدان میرا شونده استفاده کرده اند .[9]
در TERS دو نوع تیپ رایج است؛ به کارگیری نانو سیم فلزی STM و پوشش نازک فلزبر روی پروب .[10] AFM در این مقاله از پروب AFM با کاربرد نانوآنتن استفاده شده است. در واقع، اگر یک آنتن مخروطی نانوساختار به صورت متناوب روشن شود، می تواند به عنوان یک منبع نور نانومتری فعال عمل کند .[11] طول موج تشدید آنتن نوری به هندسه و ماده تشکیل دهنده آن وابسته است. آثار TERS با AFM توسط یک آنتن از جنس دی الکتریک و یک پوشش نازک فلز بر روی پروب بررسی میشود. میدان الکتریکی در مقیاس نانومتری در سر پروب محصور می شود و بهبود سیگنال نوری تا چندین برابر رخ می دهد. آنتن های نوری، نانوساختارهای فلزی هستند که امواج نوری را به میدان های الکتریکی محلی بزرگ تبدیل می کنند. افزایش پراکندگی رامان به صورت توان چهارم میدان الکتریکی محلی بیان می شود .[12]
برهمکنش میدان الکترومغناطیسی با فلز منجر به جابهجایی متناوب الکترون های آزاد در سطح فلز در راستای میدان الکتریکی در حال نوسان می شود. اگر طول موج لیزر فرودی بر سر پروب با تشدید پلاسمون های سطحی محلی پروپ همزمان باشد، فلز قسمتی از انرژی لیزر را جذب کرده و پلاریتون پلاسمون های سطحی - Surface Plasmon Polaritons, SPP - برانگیخته می شوند. ارتعاشات الکترون ها به صورت یک منبع محلی شده و میدانهای میراشونده اطراف سر پروپ تشکیل میشوند 12]؛.[11
جفت شدگی موج الکترومغناطیس و الکترونهای سطح فلز باعث تولید SPP میشود و در نانوپلاسمونیک به منظور آشکارسازی با حساسیت بالا، تصویربرداری و طیف سنجی در مقیاس نانو به کار میرود 13]؛.[14 از جمله روش های برانگیزش پلاسمون ها، استفاده از شیارهای متناوب بر روی سطح است 14]؛.[15 در این مقاله نیز با کمک شیارهای متناوب بر روی بدنه پروب سیلیکونی پوشش داده شده با نقره، پلاریتون پلاسمونها را برانگیخته نموده و بهبود میدان حاصل از آن را بر روی سر تیز پروب مشاهده می کنیم. فاکتور بهبود TERS برای نمونه DNA به میزان 6×102 گزارش شده است. در این مقاله با بررسی پارامترهای موثر بر بهبود میدان سر پروب، فاکتور بهبود 1/3×105 گزارش شده است .[16]
-2 نانوساختار متشکل از پروب مخروطی شکل همراه با شیارهای متناوب بر روی بدنه
برای برانگیخته کردن SPP ها باید پایستگی انرژی و اندازه حرکت هر دو برآورده شوند. برانگیختگی SPPها تنها زمانی امکان پذیر است که بردار موج نور برانگیخته کننده از مقدار بردار موج در فضای آزاد بیشتر شود .[12] با استفاده از منشور، پروب، توری پراش و برآمدگی ایجاد شده در سطح اختلاف بین تکانه و برانگیزش SPPها تامین می شود .[17] یکی از معایب تابش لیزر به سر پروب، آشکار شدن همزمان سیگنال پس زمینه همراه با سیگنال بهبود یافته سر پروب است؛ بدین منظور از ساختار مخروط با شیارهایی متناوب بر بدنه مخروط استفاده میکنیم. با کمک کندوکاش پرتو یونی و ایجاد شیار بر روی بدنه مخروط فلزی می توان شکاف های متناوب با عمق مناسب برای SPPها ایجاد نمود .[13-14]
برای تحریک پلاسمونهای سطحی از ساختار معرفی شده در شکل 1 استفاده شده است. بهبود میدان سر پروب برای مخروطی از جنس سیلیکون با پارامترهایی که در جدول 1 ذکر شده است، بررسی می شود. در این مقاله به مطالعه آثار - - 1 ناحیه فرود پرتو لیزر، - 2 - تغییر طول هر تناوب و - 3 - طول شیار بر روی بهبود میدان در سر پروب توسط شبیه سازی سه بعدی FDTD با شرایط مرزی جاذب PML می پردازیم. در شبیه سازی 9 شیار و اولین شیار در فاصله 150 نانومتر از سر مخروط در نظر گرفته شده است.
