近场拉曼技术发展概述

本文介绍了一种新兴的超分辨光谱技术——近场拉曼散射技术。结合国内外的有关近场拉曼的文献,详细介绍了其实验和理论发展近况,针对近场拉曼的特性,分析了近场拉曼的光谱特点。     

基于扫描探针显微镜的近场超空间分辨指纹光谱技术研究现状

基于扫描探针显微镜的近场超空间分辨指纹光谱技术在分子识别及组分鉴别方面具有极大的应用前景.扫描探针显微技术与不同的光谱联合使用,发展出了不同的具有纳米级分辨的指纹光谱技术,其中包括针尖增强拉曼散射光谱技术、纳米级分辨率的傅里叶变换红外光谱技术及散射式的扫描近场太赫兹光谱技术.这三种散射式的扫描近场光学显微技术在实现方式上有所不同,在近场指纹识别方面可以相互补充.该综述主要对三种近场超空间分辨指纹光谱技术的特点进行了深入地分析和比较,并且对这三种技术的研究现状及应用进行了总结.     

抗血管生成药物对鸡胚血管作用的拉曼光谱

抑制血管生成是肿瘤治疗的重要方法之一,若能从分子水平检测血管损伤的机制,对治疗将更具指导意义.拉曼光谱是一种无损、信息非常丰富的光谱技术.可以应用于固态、溶液或液态的生物分子分析.基于激光共焦拉曼光谱技术设计一方案,测量分析了鸡胚微血管在抗血管药物沙利度胺作用前后的拉曼光谱.加药5 h与对照组血管的平均拉曼谱在位置和形状上类似,但某些特征峰在强度上却发生变化.如波数1441 cm-1,1527 cm-1及1657 cm-1的强度明显增强而971 cm-1和1081 cm-1的强度明显减弱,这些变化可能是药物作用血管后,使血管内的核酸、蛋白质、磷脂等重要生物分子在结构或含量上发生了不同的改变而引起的.研究结果表明拉曼光谱有可能成为从分子水平分析抗血管生成药物对血管作用的一种有效方法.     

利用纳米门电极增强拉曼散射

为了更好地了解表面增强拉曼光谱(SERS)的机制,并进一步提高增强因子,研制了具有高稳定性的纳米劈裂装置及芯片。结合纳米劈裂技术及SERS技术,在拉曼光谱测量的同时能非常精确地操纵两纳米电极间的距离以观察相应拉曼光谱强度的变化。发现拉曼光谱强度依赖于纳米电极的间距以及激光的偏振化方向。在利用两纳米电极作为增强体的基础上引入了纳米门电极,并观察偏置电压下的门电极对拉曼光谱信号的影响。实验结果表明,拉曼光谱信号的强度强烈地依赖于纳米门电极上所施加的偏置电压。实验为增强拉曼信号提供了新的方法,同时为拉曼光谱增强机制的理论研究提供了参考数据。     

基于拉曼光谱技术的精子评筛研究进展

全球成年男性的精子质量呈明显下降趋势。精子质量下降与男性不育虽并非线性关系，但显然与低生育力密切相关。辅助生殖技术针对不育男性精子水平低、形态和运动活力异常等常见问题，通过评估和筛选优质精子，提供了解决男性不育问题的主要技术方案。现有临床研究局限于精子形貌和活力等特征参数的筛选，缺乏针对精子DNA损伤情况的无损评筛手段。本文首先介绍了精子无损评筛技术在辅助生殖领域男科的应用需求以及显微拉曼光谱技术的基本原理，继而对基于拉曼光谱技术的精子研究进行了综述，综合分析探讨了精子的拉曼光谱检测和光谱特征，聚焦精子DNA损伤的拉曼光谱响应问题，最后讨论和展望了精子无损评筛技术的发展前景。     

扫描近场光学显微镜测量量子点团簇超辐射

用扫描近场光学显微镜的针尖照明模式对ZnSe量子点团簇进行精确定位测量,研究了量子点团簇的超辐射效应。在理论上根据Wannier激子超辐射模型阐述了量子点系统的超辐射发光机制;实验上用荧光光谱表征ZnSe量子点溶液的荧光性质,用扫描近场光学显微镜(SNOM)表征单个量子点团簇的超辐射光谱。结果表明,在Wannier激子超辐射模型中,量子点团簇辐射衰变率受到量子点团簇的大小和辐射光谱的共同影响,在实验上得出团簇的辐射衰变率随团簇尺寸的增加而增大,同时,不同尺寸的量子点团簇产生的辐射光谱也会对其产生影响,理论和实验的结合验证了激子超辐射的适用性。此研究结果可广泛用于生物传感器和光子器件等领域。     

“2013中国光学重要成果”入选成果介绍

正(排序不分先后)基于等离激元增强拉曼散射的单分子化学成像中国科学技术大学侯建国院士研究团队(doi:10.1038/nature12151)在高分辨化学识别与成像领域取得重大突破,在国际上首次实现了亚纳米分辨的单个卟啉分子的拉曼成像。他们将具有低温超高真空环境的高分辨扫描隧道显微技术与具有单光子检测灵敏度的拉曼光谱技术结合在一起,利用隧道结中纳腔等离激     

拼接光栅型宽波段高分辨率空间外差拉曼光谱仪器 对背向散射拉曼光谱的探测

为了满足微弱背向拉曼光谱信号的高分辨率、宽波段探测,设计并搭建了一台光栅拼接型的宽波段高分辨率空间外差拉曼光谱仪MGSHRS实验平台,对仪器的视场展宽,进行了光谱定标,完成了对拉曼样品的宽波段背向散射拉曼探测.该系统的实际光谱分辨率为3.37 cm~(-1),总的光谱探测范围为5 841 cm~(-1),实验结果证实该技术对于高通量、宽波段、高分辨的拉曼光谱测量展现出极好的应用潜能.     

石英管增强拉曼光纤探头粉末样品探测

拉曼光谱技术以其多组分同时探测、分子指纹特性等优点被广泛应用于多个领域,但其较低探测灵敏度严重限制了此技术的进一步发展。为了提高拉曼光谱技术粉末样品原位分析能力,提出了一种基于石英管增强的高灵敏度拉曼光纤探头。探头采取内镀金属空芯光纤用于光信号的传输,有效减小了背景信号对拉曼光谱的影响;探头底端采用石英管设计,增大采样体积和收集效率,提高了拉曼光谱的探测灵敏度。理论分析了石英管拉曼光谱技术可提高粉末样品的探测灵敏度,详细介绍了探头的设计和实现,进一步评估探头的性能,结果表明:相较于球透镜拉曼探头,拉曼信号强度（NaHCO₃）增强2.92倍。为模拟实际应用场景,采用光纤拉曼探头成功获得了容器中不同深度粉末样品（Na₂SO₄和NaHCO₃）的拉曼光谱信息。文中设计的石英管增强拉曼探头具有外径尺寸小（外径仅为2 mm）、灵敏度高等优点,可对深层次粉末样品进行探测,为现场粉末样品原位分析提供了一种新途径。     

金颗粒为活性基底的裸鼠血清表面增强拉曼散射光谱分析

对肿瘤裸鼠血清进行显微共聚焦拉曼光谱测量,并将血清的普通拉曼光谱与以金纳米颗粒为基底的表面增强拉曼散射(SERS)光谱进行对比,结果表明金纳米粒子作为活性基底对裸鼠血清具有显著的拉曼增强作用,在很多常规拉曼光谱中未能检测出的信息在SERS光谱中得以体现。这源于血清中的物质与金纳米颗粒之间的化学吸附和相互作用,使得微量样品也能够通过SERS光谱来反映出血清中各种蛋白质、脂类、糖类、核酸以及其他成分的分子结构等信息。血清中各种成分的信息可以反映体内各种细胞和组织的生理代谢及病理变化,血清的SERS光谱将为疾病的诊断和治疗提供一种有效手段。     

Nanoscale strain characterisation for ultimate CMOS and beyond

Strain engineering is used to maintain Moore's Law in scaled CMOS devices and as a technology booster for More-than-Moore devices in the nanoelectronics era. Strain is crucial because of its ability to increase electron and hole mobilities in Si. However, accurate correlations between electrical performance and strain measurements are needed to enable the necessary feedback between materials, processing and devices to achieve best possible solutions. In this work, we outline new methods for sensitive 3D profiling of strain on a nanoscale. High-resolution vertical and lateral strain profiles applicable to both global (biaxial) and process-induced (uniaxial) strained Si devices are demonstrated. Raman spectroscopy is pushed to its present limit for precise analysis of strain in small geometry devices, including the use of tip-enhanced Raman spectroscopy (TERS) to improve the spatial resolution further. TERS maps are compared with atomic force microscopy data collected simultaneously and show that variations in surface morphology correlate directly with strain in the epitaxial layers. Sub-nm strain profiling is applied to strained Si and SiGe MOSFET channels. Strain is profiled across patterned uniaxial strained-Si-on-insulator structures and analysed in bended nanowire transistors. Finally strain is investigated across the channel regions of electrically measured SiGe p-MOSFETs. Good agreement between nanoscale strain measurements and finite element modelling is demonstrated. Sample preparation is included in the analysis and genuine effects of processing are investigated.     

Direct Observation of Core–Shell Structures in Individual Lead Titanate Ferroelectric Nanostructures by Tip‐Enhanced Refractive Index Mapping

Ferroelectrics undergo a size‐driven phase transition at the nanoscale below which the spontaneous polarization, their defining property, irrevocably ceases. This threshold often referred to as the superparaelectric limit has tremendous technological relevance in an era of progressing integration. Just as the balance of short‐range elastic and long‐range electrostatic ordering in bulk, the critical size depends on temperature. Room‐temperature tip‐enhanced Raman spectroscopy (TERS) imaging of individual lead titanate (PbTiO₃) nanoislands is reported with a spatial resolution of ≈3 nm. Monitoring the spectral shift of the gold‐tip enhanced luminescence, which depends on the local refractive index, images grains composing the nanoislands. The wavelength of the enhanced luminescence shifts between the grains and their boundaries indicating the predicted core–shell structure of ferroelectric and paraelectric phase. The shear force configuration rules out the distance dependence of capacitive plasmonic coupling between tip and substrate as the origin of the observed shift. As the reported temperature‐changes in nonresonant TERS do not account for noticeable thermal effects, the underlying, even though weak, tip‐enhanced Raman spectrum of the grain core reflects PbTiO₃ close to the ferroelectric‐to‐paraelectric phase transition which is primarily related to the finite size of the grains.     

纳米光子学综述

纳米技术与近场光学这一学科的结合导致了高科技领域一门新的学科纳米光子学的出现.近场光学探针和近场光学显微镜作为研究手段,使纳米光子学的研究有了可行性,而且使纳米光子学研究领域进一步扩大.在介绍纳米光子学领域出现的一些新器件与新技术的基础上,综述报道了纳米光子学在近场光化学气相制备、与量子计算的联系等方面取得的一些新进展.     

递进型射频SiP系统优化法研究

射频系统级封装系统具有高密度集成、高性能的优点,但其电磁问题复杂导致系统优化方法至关重要。基于板级场路协同仿真、近场等效模拟以及近场扫描测试,提出了递进型射频SiP系统优化方法,并以S波段上变频SiP模块的优化为例,进行了验证分析。利用此方法,准确地找到了系统中潜在的风险,建立近场耦合等效集总电路,提出改进措施,实现了系统的高效优化;并采用近场扫描测试方法,对模拟结果进行了比较,计算出两者的相关度为96.27%,吻合较好,证明了模拟仿真优化法的高可靠性与实用性。     

喇曼-原子力显微镜的研究进展

喇曼-原子力显微镜(Raman-AFM)是一种基于探针增强喇曼散射效应(TERS)的新型形貌表征与光电测试设备,能够在纳米尺度上对低维结构材料与器件进行喇曼研究.本文详细介绍了Raman-AFM的基本原理与关键技术特点,并展望了它的发展前景.     

近场光镊技术的研究进展和应用前景

近场光镊是近场光学领域中的新型技术,因其可对纳米尺度微粒直接进行捕获和操纵而受到广泛关注.简述了该技术的原理,详细介绍了近场光镊技术的研究进展及其在众多学科领域中的潜在应用.     

Hadamard技术在不均匀场中获取高分辨核磁共振谱的应用

核磁共振(NMR)谱广泛应用于化学,生物和材料科学等领域。分子间多量子相干技术(iMQCs)可以有效地在不均匀磁场中获得高分辨NMR谱,但是该方法获取高分辨谱通常需要较长的数据采集时间,在很大程度上限制了它的应用。Hadamard技术具有时间短和信噪比高的特点,该技术可以较大地缩短不均匀场下采集高分辨NMR谱的时间,因而扩展并增强iMQCs方法在不均匀场下获取高分辨谱的实用性。总结了近几年Hadamard技术结合iMQCs方法在不均匀磁场中获取高分辨NMR谱的基本原理和应用,并对其优缺点做了详细的分析和讨论。     

Development and prospect of near-field optical measurements and characterizations

Scanning near-field optical microscopy (SNOM) is an ideal experimental measuring system in nano-optieal measurements and characterizations.Besides microscopy with resolution beyond the diffraction limi...     

近场光学显微镜及其应用

近场光学显微镜是一种新型超高空间分辨率的光学仪器，它在很多领域都有广泛应用。本文描述了近场光学显微镜的成像原理及结构部件，简要介绍了近场光学显微镜在高分辨率光学成像、高密度储存存储以及近场光谱等领域中的应用。     

基于近场校正的相控阵天线低副瓣方向图综合

相控阵天线单元存在着幅度和相位误差,这些误差的综合作用会导致天线方向图副瓣电平达不到优化设计结果。提出了一种基于近场幅相校正的相控阵天线低副瓣综合方法,首先采用近场单通道测量方法,得到相控阵天线阵面的实测幅相值;然后采用非线性二乘法对天线单元幅度和相位进行优化综合;最后根据优化幅相值对实测幅相值进行修正,获得相控阵天线阵面幅相配置参数。方向图实测结果表明该方法可行、有效。