УДК 621.373.826

Параметрическое усиление SERS фононами металлических плазмонных структур

 

В. Ю. Шишков^1,2,3, Е. С. Андрианов^1,2*, А. А. Пухов^1,2,3, А. П. Виноградов^1,2,3

¹ Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Духова, 127055, Москва, Сущевская ул., 22

² Московский физико-технический институт (государственный университет), 141700, Долгопрудный, Институтский пер., 9

³ Институт теоретической и прикладной электродинамики РАН,  125412, Москва, ул. Ижорская, 13

 

Статья поступила в редакцию 9 ноября 2017 г.

 

Аннотация. В настоящей работе рассматривается усиленное рамановское рассеяние за счет плазмонного резонанса субволновых металлических структур (SERS). Исследуется возможность усиления SERS за счет параметрического возбуждения колебательных степеней свободы молекулы фононами в металле. Показано, что когда частота фононов совпадает с частотой колебательных степеней свободы в исследуемой молекуле, то происходит параметрическое увеличение боковых пиков сигнала SERS на порядок величины. Данный эффект открывает возможность усиления SERS за счет возбуждения фононов в плазмонной структуре.

Ключевые слова: комбинационное рассеяние, SERS, фононы, плазмоны.

Abstract. The Raman scattering is inelastic process when photon scatters on the molecule or a group of the molecules and changes its frequency. The frequency shift of the photon carries the information about the oscillation degreases of freedom of the molecule. In particular, the photon can gain or lose energy that equal to the energy of the one phonon of the molecule. If the molecule is placed near to the metal surface then the Raman scattering dramatically increases. This effect is called SERS. The spectroscopy based on this effect is applied in material sciences, nanotechnology, chemistry and even biology. In this paper enhancement of SERS effect by the phonons of the metal substrate is studied. Since the size and shape of the plasmonic particle is very small (about 30 nm) at room temperature the particle is in the near liquid state and can easily change its shape under the influence of the phonons. The periodic shape changing causes the modulation of the interaction constant between the molecule and the plasmon. Numerical calculations show that when the modulation frequency is close to the oscillation frequency of the molecule, the modulation depth of few percent leads to possibility of an enhancement of SERS signal by the order of magnitude.

Keywords: Raman scattering, SERS, phonon, plasmon.

Ссылка на статью:

В. Ю. Шишков, Е. С. Андрианов, А. А. Пухов, А. П. Виноградов. Параметрическое усиление SERS фононами металлических плазмонных структур. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2017. №11. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/nov17/11/text.pdf