Publication scientifique
Focus sur les surfaces : Spectroscopie Raman de Surface Pure par Membranes d'Or Plasmoniques
Focus sur les surfaces : Spectroscopie Raman de Surface Pure par Membranes d'Or Plasmoniques
Dans le cadre d'une collaboration internationale récente, des chercheurs de l'Institut des Molécules et Matériaux du Mans (IMMM UMR CNRS 6283) de Le Mans Université, ont réalisé une avancée significative en spectroscopie Raman. L'équipe a développé une méthode impliquant des membranes d'or plasmoniques pour étudier les signaux Raman spécifiques aux surfaces avec un contraste remarquable. Cela répond à un défi majeur de la spectroscopie Raman conventionnelle, où les signaux issus des surfaces ou des films minces sont souvent dominés par les signaux générés par le substrat.
Cette avancée scientifique à fait l'objet d'une publication dans la revue Nature Communications
Les propriétés de surface, distinctes des propriétés du substrat, jouent un rôle crucial dans d'innombrables applications scientifiques et technologiques, comme le développement des catalyseurs, des cellules solaires et d'autres avancées technologiques majeures. Traditionnellement, l'un des obstacles significatifs de la spectroscopie Raman conventionnelle était l'obscurcissement des signaux provenant des surfaces ou des films minces, généralement cachés par les signaux dominants du matériau du substrat.
Cependant, dans un nouveau développement, les chercheurs de l'IMMM en collaboration avec des collègues de l'Université Humboldt de Berlin, du Leibniz-Institut für Kristallzüchtung et de l'ETH Zurich, ont fait des progrès significatifs pour résoudre ce problème. Cela a été accompli en développant des membranes d'or poreuses transférables (PAuMs) qui permettent l'analyse des signaux Raman spécifiques aux surfaces avec une précision sans précédent.
Les PAuMs, contenant des nanopores en forme de fentes irrégulières, agissent comme des antennes plasmoniques, amplifiant le signal Raman de la surface directement en dessous et supprimant les signaux du substrat. Ce double effet améliore le rapport signal Raman surface/substrat par trois ordres de grandeur, permettant ainsi une diffusion Raman véritablement sensible à la surface.
L'équipe a utilisé du graphène pour démontrer cette technique, observant une augmentation cent fois supérieure du signal Raman et révélant que l'amplification Raman était limitée aux 2 à 3 premiers nm du matériau sous la membrane, prouvant la véritable sensibilité de surface de la méthode.
Les chercheurs ont appliqué avec succès cette approche pour quantifier la contrainte dans une couche mince de Silicium de 12,5 nm, composant clé d'une hétérostructure silicium-germanium visant à utiliser des qubits de spin pour l'informatique quantique. De plus, l'application de la technique à des films minces de LaNiO3, un oxyde métallique de type pérovskite, a révélé une structure de surface altérée par rapport au substrat, pouvant nuire à sa conductivité.
Ce développement marque une avancée majeure en reliant efficacement les domaines de la spectroscopie Raman amplifiée par plasmon et des matériaux à l'état solide. La méthode devrait être extensible à une grande variété de matériaux et pourrait également fournir de nouvelles perspectives sur les surfaces biologiques et les réactions chimiques.
Les pores de la membrane d'or amplifient le signal de la spectroscopie Raman, révélant le signal de la surface (gris clair) tout en bloquant le signal du substrat (gris foncé). (Illustration : Scixel)
