拉曼光譜是一種非破壞性的分析方法,通過測量分子的振動指紋來識別未知分
子。由於樣品準備簡便、診斷快速和較低的水干擾,拉曼光譜在各種生物醫學應
用中比其他光譜技術更具潛力。然而,由於其極小的散射截面(每個分子約10^-
29至10^-30cm2),這種分析技術似乎不敏感。因此,發展了一種表面增強拉
曼散射(SERS)方法,利用局部表面電漿子將光-物質相互作用增強數個量級。
事實上,為了進一步增強SERS技術的拉曼信號,不僅可以增加激發頻率,還可以
引入共振效應。對於前者,拉曼散射截面與激發頻率的四次方成正比,因此研究
人員成功地將激發頻率從常規的近紅外和可見光領域提高到紫外甚至深紫外領
域。對於後者,由於共振拉曼散射效應,拉曼散射截面可以增強10^8倍。
為了設計深紫外線表面增強拉曼共振散射(SERRS)基板,我們使用時域有限差
分分析方法來找到鋁電漿子奈米孔陣列的適當直徑和週期,以實現在266 nm處的
局部表面電漿共振,與入射拉曼激光和寡核苷酸吸收的波長相匹配。然後,我們
將奈孔直徑固定為100 nm,以簡化製作,並在150至250 nm之間調整週期,以
優化在266 nm處的局部表面電漿共振。在最佳週期為200 nm的情況下,這種Al
電漿子奈米孔陣列呈現了在266 nm處的最低反射率。值得注意的是,這種優化的
直徑和週期不僅簡化了製作,還在激發光區域內同時獲得了大量的熱點,進一步
提高了基板的靈敏度和性能。
除了電漿子結構,材料的晶體性質也內在地影響著基板的性能。因此,我們使用
等離子體輔助分子束磊晶(PA-MBE)方法,在藍寶石基板上平整地磊晶生長一
層厚度為150 nm的鋁膜。在這個磊晶的鋁膜上,我們使用電子束曝光和反應離子
蝕刻引入了一個優化的電漿奈米孔陣列。我們觀察了一個表面光滑直徑為100 n
m、週期為200 nm的Al電漿子奈米孔陣列。我們使用微型深紫外反射設置測量了
所製作樣品的反射光譜,以確認電漿共振的行為。實驗和模擬結果在約266 nm處
重疊,證實了所製作的Al奈米孔陣列的特定電漿共振。
接下來,為了評估DUV-SERRS基板的性能,我們使用Al電漿子奈米孔陣列基板
檢測了A、T、C、G和U這五種核苷酸。該基板對於A、T、C、G和U的檢測展示
了最高能達到10^6倍的增強因子。