06/06/2013 - Verwendung von Licht, um das Innere der Moleküle zu sehen

Menéame

Forschungsarbeiten unter der Leitung von Forschern der Universität für Wissenschaft und Technologie in China (USTC), und dass er mit der Zusammenarbeit von Javier Aizpurua, Forscher der DIPC und Zentrum für Materialphysik (CSIC-UPV/EHU) hat es zum ersten Mal geschafft, ein einzelnes organisches Molekül mit einer halben Nanometerauflösung mit Licht zu identifizieren und zu sehen. In den Worten von Javier Aizpurua, Forschungsmitarbeiter: "Wir waren in der Lage, "in" eines einzigen Moleküls zu schauen und zu identifizieren, um welche Art es sich handelt, indem wir einfach Licht verwenden.". Dieses beispiellose Ergebnis hat seine Veröffentlichung in der renommierten Zeitschrift Nature verdient, wo es auch durch seine Bedeutung hervorgehoben wurde.

Das sichtbare Licht ist eine elektromagnetische Welle, deren Wellenlänge zwischen 400 Nanometern (nm), Blau und 750 nm, Rot liegt. Wegen der in der Optik als Debfraktionsgrenze bekannten Eigenschaften ist es unmöglich, Objekte mit einer Größe von weniger als der Hälfte der verwendeten Wellenlänge, d. h. weniger als 200 nm, direkt mit Licht zu fotografieren. Um diese Grenze zu erreichen, haben Nanofotoniker in den letzten Jahren Metallpartikel verwendet, die als winzige optische Antennen wirken, indem sie das Licht des sichtbaren Spektrums auf der Nano-Skala konzentriert und vergrößert haben. Aber selbst diese Technik hat ihre Grenzen und Schwierigkeiten, Nanometrikobjekte zu visualisieren.

Unvergleichliche optische Auflösung

Dr. Zhenchao Dong hat es geschafft, alle Grenzen zu schlagen. kombiniert mit zwei experimentellen Techniken, zum ersten Mal konnten sie ein einzelnes isoliertes Molekül mit einer Auflösung unterhalb eines Nanometers mit Licht "fotografieren". Die Kombination der Technik der Tunneleffektmikroskopie (STM) unter ultrahochvakuumarmen und niedrigen Temperaturen mit der oberflächenvergrößerten Raman-Spektroskopietechnik, die auf das Molekül an der Spitze des Mikroskops wirkt, hat diese beispiellose Auflösung ermöglicht.

Durch das Überspringen der Mikroskopspitze über dem Molekül ermöglicht das an jedem Punkt ausgestrahlte Ramansignal die Identifizierung des vibrativen Spurens des Moleküls, so dass es nicht nur möglich ist, "in" des Moleküls zu schauen, sondern gleichzeitig auch zu erkennen, welches Molekül es ist. Javier Aizpurua erklärt, dass "Es ist, als würde man "ins Molekül schauen" und seine Fingerabdrücke nehmen.".

Diese Auflösungsstufe war bisher nur mit Elektronen als Sonden möglich, aber in dieser Forschung sind es die Photonen des sichtbaren Lichts, die das Wunder der Identifizierung eines Moleküls erreichen, indem sie alle bekannten Grenzen der optischen Debrechlichkeit schlagen.

Die Ergebnisse dieser Arbeit öffnen die Tür zur direkten Identifizierung von Molekülen, wenn ihre Konzentration sehr gering ist, oder auch wenn Sie ein einzelnes isoliertes Molekül haben. Diese neue Fähigkeit fördert ein breites Spektrum möglicher technischer Anwendungen, wie z. B. in Biosensoren, für die Analyse von Molekularketten, für die Sicherheit, für die Erkennung gefährlicher Stoffe oder für die öffentliche Gesundheit zur Überwachung der Lebensmittelqualität.

Bezugsnummer:

Chemical mapping of a single molecule by plasmon-enhanced Raman scattering. R. Zhang, Y. Zhang, Z. C. Dong, S. Jiang, C. Zhang, L. G. Chen, L. Zhang, Y. Liao, J. Aizpurua, Y. Luo, J. L. Yang, and J. G. Hou. Nature 498, 82-86 (2013). DOI: 10.1038/nature12151

Bild:

Licht (grün) in eine optische Höhle, die dank der Antennenwirkung (rotes Licht) vergrößert wird, wodurch eine Vibrationskarte eines Moleküls (Schatten unter dem Molekül) mit einer nie da gewesenen Auflösung angezeigt und aufgestellt werden kann. / DIPC et al.

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CSIC / UPV/EHU

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