南大开创力学拉曼,微小机械振动也难逃法眼!

2023-12-21 14:39:49, HORIBA HORIBA科学仪器事业部


近日,与中国科学技术大学罗毅、南京大学谢代前、复旦大学段赛等团队合作,南京大学化学化工学院的徐伟高团队提出了力学拉曼光谱技术(mechano-Raman spectroscopy, MRS),成功建立了力学拉曼散射技术的理论模型和实验方法。该成果以“Direct characterization of shear phonons in layered materials by mechano-Raman spectroscopy”为题于《自然·光子学》杂志发表 [Nature Photonics (2023)],并受到Nat. Photon. 审稿人们的高度肯定——称该项技术是“拉曼光谱领域里程碑式的成就”。

超低波数测量

建立力学拉曼理论模型

纳米尺度界面的力学相互作用携带了原子级界面结构、热传导和光电特性等关键信息。但因其电子-声子耦合效应非常有限,若想通过常规的振动光谱学方法对此类作用进行直接测量,其难度不言而喻。

徐伟高教授与合作团队在微观振子上安置表面等离激元金属结构,通过高速高分辨的显微共焦拉曼光谱仪进行超低波数测量,发现晶格中原子层的集体性运动可以驱动金属进行周期性运动,并产生非弹性散射信号!

等离激元光腔与机械振子相互作用的原理动画

受能量传递的影响,该信号会表现出相应的强弱变化。这些实验结果与数据成为力学拉曼光谱技术理论模型建立的关键所在。

力学拉曼技术(MRS)的实验方法

超微振动探测

开启拉曼探索新篇章

力学拉曼光谱技术(MRS)相比于光学拉曼过程具有显著的无热噪声特征,在晶体全局结构表征和振动测量方面具有优势,可以测量长距离传播行为,并具备隐藏界面探测能力。力学拉曼光谱技术有望应用于晶体全局结构表征、机械振动传感和光的机械调制,并将为量子光学领域研究提供新的思路。

MRS技术的无热噪声特征

Nat. Photon. 审稿人们也对这项工作给予了高度肯定,称其为拉曼光谱领域里程碑式的成就,是拉曼光谱领域的标志性工作。

得到如此高的评价,正是因为激光拉曼光谱此前往往局限于材料光照区域光学活性振子的结构分析。而徐伟高教授与合作团队在力学拉曼光谱技术中引入等离激元媒介,使待测材料内部信息以及光学暗态振子细节信息的检测技术获得突破,利用低波数测量法,让拉曼光谱探测极微小机械振动成为可能!

精诚之至

HORIBA参与见证新技术问世

在研究项目前期,HORIBA团队提供了用于超低波数测量涉及的仪器、附件信息、配套硬件设备与应用程序说明,更积极组织相关技术咨询的应答与支持,同时也为团队进行有关超低波数测量的仪器使用培训。HORIBA十分荣幸能见证全新的力学拉曼技术理论的诞生,并参与其中。

未来HORIBA将与更多科研团队、高校及实验室紧密合作,始终保持精进,以满足各种不同的测试需求,为科学前沿的未来加油助威,让更多不可能变为可能!

仪器使用评价

HORIBA LabRAM HR Evolution拉曼光谱仪

现已升级为

HORIBA LabRAM Odyssey高速高分辨显微共焦拉曼光谱仪

实验中使用的 LabRAM HR Evolution,具有超低波数测量功能,可实现正反斯托克斯低于5cm-1的波束测量,为研究团队实现力学拉曼散射技术的建立提供了不可忽视的技术支持。

徐伟高课题组与合作团队介绍

徐伟高,南京大学教授,博士生导师,青年人才项目入选者。2018年3月加入南京大学化学化工学院。徐伟高团队从不同结构与性质低维材料单元出发,致力于界面光谱学方法发展与界面相互作用认知,并在此基础上开展微观、介观与宏观尺度材料的自下而上构筑、新奇物性探索和功能开发,以第一或通讯作者在Nature、Nat. Photon.、Nat. Commun.、PNAS、Angew. Chem. Int. Ed.、Nano Lett.、Adv. Mater.等国际学术刊物发表论文近20篇。

罗毅,中国科学技术大学讲席教授、未来技术学院执行院长、合肥微尺度物质科学国家研究中心主任。长期从事化学物理研究,系统发展了局域光场与物质相互作用的理论和计算方法,发展了可视化重构分子化学结构的扫描拉曼埃分辨显微术,发展了局域场驱动的非线性电子散射谱技术,创制了智能数据驱动的全流程机器化学家。获得2010年瑞典皇家科学院“Goran Gustafsson"化学奖,2014年作为主要完成人之一获中国科学院“杰出科技成就集体奖”,入选2020,2021,2022年度科睿唯安“高被引科学家”名单。

谢代前,南京大学教授。1988年获得吉林大学理论化学研究所物化专业博士学位。1998年获中国化学会青年化学家奖。2002年获教育部第三届高校青年教师奖。2007年获国家杰出青年基金。2022年6月起为合肥国家实验室双聘科研人员。在高精度分子势能面的构建和态-态反应动力学研究等方面取得了重要成果,揭示了若干重要反应的微观动力学机制。已发表论文300余篇,包括Science 3篇(与实验合作),Nature 1篇(与实验合作),Nano Energy 1篇‎,Sci. Adv. 1篇,PNAS 3篇,JACS 5篇, Chem. Sci. 2篇,Nat. Commun. 3篇,J. Phys. Chem. Lett. 12篇等。

段赛,复旦大学青年研究员,博士生导师,获得第九届中国化学会唐敖庆理论化学青年奖。段赛团队长期从事超分辨谱学理论的开发和应用,建立了全新的局域光场和物质相互作用的从头算理论框架,研制了针尖和衬底并重的扫描隧道显微镜模拟框架,以第一或通讯作者在Nat. Nanotechnol.、Nat. Photon.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem.、JACS Au等国际主流期刊发表论文30余篇。


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