Amostras ultrafinas com polariton de fônons de superfície aumentam a força dipolo fotoinduzida

Um novo estudo foi liderado pelo Prof. Xing-Hua Xia (Laboratório Estadual de Química Analítica para Ciências da Vida, Escola de Química e Engenharia Química, Universidade de Nanjing). Ao analisar a resposta de força fotoinduzida infravermelha do quartzo, o Dr. Jian Li observou uma resposta espectral única que é diferente do espectro de absorção infravermelha de campo distante.

“A resposta da força fotoinduzida segue a parte real e não a parte imaginária da função dielétrica do quartzo.” Dr. Li diz. “Discutimos imediatamente com o teórico Dr. Junghoon Jahng para analisar os resultados experimentais, e concordamos que é o fônon polariton de superfície único do quartzo que aumenta extremamente a força dipolo fotoinduzida.”

Um artigo descrevendo essas descobertas foi publicado na revista Revisão Nacional de Ciência.

Para verificar este resultado, a equipe comparou a resposta espectral do quartzo usando ressonância fototérmica induzida (PTIR) e microscopia de força fotoinduzida (PiFM), mostrando que a força dipolo fotoinduzida (PiDF) domina as forças térmicas fotoinduzidas (PiTF) do quartzo. Como o PiDF mostra uma relação mais pronunciada com a distância ponta-quartzo (~z⁻⁴) em comparação com o PiTF ( ~z⁻³), o Dr. Li propôs uma abordagem geral para imagens de contraste nano-IR de amostras ultrafinas carregadas em cima de quartzo.

Espera-se que a amostra ultrafina, caracterizada por uma parte real positiva da permissividade (oscilador fraco), manifeste PiTF e PiDF fracos próximos à sua ressonância infravermelha (IR). No entanto, uma mudança significativa no PiDF é antecipada perto da ressonância de campo próximo induzida pela ponta do substrato de quartzo.

Essas distinções espectrais contribuem para os contrastes na imagem nano-IR. Notavelmente, a resposta do PiDF no quartzo exibe uma variação de sinal mais evidente em relação à espessura da amostra em comparação com o PiTF da amostra. Para amostras ultrafinas, a imagem PiDF em quartzo apresenta um contraste oposto com sensibilidade aprimorada em comparação com a imagem de contraste nano-IR com o PiTF da amostra.

A equipe usou uma cunha de polidimetilsiloxano (PDMS) preparada em um substrato de quartzo para demonstrar a imagem de contraste nano-IR aprimorada pelo substrato. Os resultados fornecem evidências claras de que o PiDF pode ser empregado para imagens sensíveis de nano-IR de amostras ultrafinas sob geometria de nanocavidades com contraste e sensibilidade aprimorados.

Os pesquisadores aplicaram ainda o método de imagem nano-IR para visualizar finas camadas de estrutura orgânica covalente e defeitos subterrâneos sob filmes de copolímero em bloco. Eles levantaram a hipótese de que, ao selecionar materiais IR adequados que exibem polaritons de fônons / bandas reststrahlen, os usuários poderiam obter nanoimagem de alta resolução de cristais específicos e moléculas de polímero, bem como biomoléculas com frequências de modo vibracional conhecidas.