Visualization of subnanometric phonon modes in a plasmonic nano-cavity via ambient tip-enhanced Raman spectroscopy

チップ増強ラマン分光法によるプラズモニックナノキャビティ内のサブナノメートルフォノンモードの可視化

Balois, M. V.*; 早澤 紀彦*; 保田 諭   ; 池田 勝佳*; Yang, B. *; 數間 惠弥子*; 横田 泰之*; Kim, Y.*; 田中 拓男*

Balois, M. V.*; Hayazawa, Norihiko*; Yasuda, Satoshi; Ikeda, Katsuyoshi*; Yang, B. *; Kazuma, Emiko*; Yokota, Yasuyuki*; Kim, Y.*; Tanaka, Takuo*

本研究では、大気中のチップ増強ラマン散乱システム(TERSシステム)を使用して、単層グラフェンの無欠陥領域の許容光学フォノンモードと禁制光学フォノンモードの両方を同時に観察し、それぞれナノメートルスケールのひずみ変動とラマンピークのプラズモン活性化に関して検証を行った。TERSイメージングにより、ひずみの変動と最小5nmまでのナノメートルサイズのドメインが0.7nmの空間分解能で可視化可能であることを示した。さらに、このようなサブナノメートル閉じ込めは、DおよびD'禁制フォノンモードだけでなく、D + D'モードも活性化することが判明した。我々のTERSシステムを使用することで、欠陥のないグラフェンやその他の2Dナノ材料の完全なフォノン特性評価が可能になり、サブナノメートルのひずみ解析や欠陥のない材料の固有特性の探索に有効であることを示した。

We simultaneously observe both allowed and forbidden optical phonon modes of defect-free areas in monolayer graphene to study nanometre scale strain variations and plasmonic activation of the Raman peaks, respectively, using our home-built TERS system in ambient. Through Tip-enhanced Raman scattering (TERS) imaging, strain variations and nanometre-sized domains down to 5 nm were visualised with a spatial resolution of 0.7 nm. Moreover, such subnanometric confinement was found to activate not only the D and D'forbidden phonon modes but also their D + D'combination mode. With our TERS in ambient system, the full phonon characterisation of defect-free graphene and other 2D nanomaterials is now possible, which will be useful for subnanometre strain analysis and exploring the inherent properties of defect-free materials.