HORIBA用户动态｜基于电子拉曼散射谱的金属性单壁碳纳米管手性结构测定

实验中作者首先对悬空的单根金属管进行了透射光谱测试以确定其电子跃迁能（M_ii）的数值。在同一根碳管的拉曼光谱中可以分辨出分别位于M₁₁⁺和M₁₁^-的两个ERS峰（图1a），这是首次对单根金属管两个ERS峰的报道。该峰源于金属管费米能级附件的电子对光生激子的非弹性散射作用，并在M_ii处发生共振增强（图1b）。

图1. （a）单根（13,7）碳管的拉曼光谱（红线：激发波长633 nm；绿线：激发波长532 nm）和透射光谱（黑线）。（b）碳管的声子拉曼散射（紫色箭头）和电子拉曼散射（蓝色与红色箭头）过程示意图。

基于以上发现，作者对不同（n,m）的碳管进行了测试。利用HORIBA Aramis拉曼光谱仪自动线mapping功能可以对悬挂于镂空沟槽上的碳管进行有效的定位和光谱测试。实验中一共得到了18种不同（n,m）的M_ii数值，并拟合得到了定量关系式，为今后金属管指认提供了重要参考数据。

此外，作者收集了11个（12,9）碳管的数据，发现管束、积碳等因素对碳管拉曼光谱有较为显著的影响。统计获得的ω_RBM和M₁₁波动极差标示在图2b中。虽然M₁₁受环境影响较大，但是M₁₁的裂分值（即M₁₁⁺- M₁₁^-）受环境影响的变化仅有±4meV。

图2 （a）2n+m=33金属管的拉曼光谱，激发波长633 nm。蓝色虚线表示对ERS峰的拟合。（b）通过ERS指认的18个金属管（红色数据点）。

相比于现有的瑞利散射光谱、偏振吸收光谱、可调激光拉曼等适用于单根碳管测试的谱学方法，基于ERS的拉曼光谱拥有以下三大优势：

在该工作中，作者使用了HORIBA Aramis拉曼光谱仪，配备532nm、633nm、785nm三个常见的激发波长，通过仪器全自动切换，即可测试得到1.4-2.3 eV范围内的跃迁能数值。类似的显微拉曼光谱仪还有HORIBA XploRA, LabRAMHR Evolution型光谱仪，均可以满足相关研究者的需求，测试不再依赖于复杂的仪器搭建和调试。

得益于HORIBA拉曼光谱仪的高分辨率和良好的噪声抑制水平，通过ERS测定M_ii的误差仅为±1meV，远优于常见的瑞利散射光谱等电子光谱学手段~10 meV的误差。 

针对硅基底上、表面活性剂包裹的、管束中的碳管作者在实验中均能测试得到ERS峰。