Самые точные микроскопы в мире нам врали: почему мы видели «призраков» вместо атомов (и как это исправить)
NewsMakerКак металл под микроскопом заставляет приборы галлюцинировать.
Немецкие исследователи подробно объяснили , как на практике работает один из самых точных способов наблюдения за молекулами и атомными колебаниями , и почему результаты таких измерений легко интерпретировать неправильно. Речь идет о методе усиленной рамановской спектроскопии с зондом — tip-enhanced Raman spectroscopy, или TERS. Техника позволяет изучать вещество почти на уровне отдельных молекул. Авторы предложили новый вариант квантового моделирования, который помогает точнее связать измеренный сигнал с реальным движением атомов и корректно учесть влияние металлической поверхности под образцом.
Работу выполнили Крыштоф Брежина и Мариана Росси из Института структуры и динамики материи Общества Макса Планка вместе с Яиром Литманом из Института исследований полимеров. Их расчеты показали, что распространенная трактовка TERS-данных как прямого отображения атомных колебаний слишком упрощает физику эксперимента. Металл под молекулой не является пассивным фоном: его электронная структура откликается на внешнее поле и влияет на форму регистрируемого спектра.
Схема измерения устроена следующим образом. В обычной рамановской спектроскопии образец освещают лазером и анализируют характеристики рассеянного излучения. Спектральные сдвиги связаны с колебательными режимами атомов внутри молекул. По ним определяют состав и структуру вещества, но пространственное разрешение ограничено, потому что сигнал приходит сразу с заметной области. В TERS рядом с поверхностью размещают сверхострый металлический наконечник. Он работает как наноразмерная антенна, усиливает локальное электромагнитное поле и резко уменьшает зону чувствительности — до размеров меньше нанометра. В результате можно получать данные по отдельным молекулам и точечным дефектам двумерных материалов.
При этом усиливающие элементы установки сами входят в процесс взаимодействия. Металлический наконечник и подложка не только увеличивают интенсивность сигнала, но и меняют его характер. Под действием поля и колебаний молекулы заряд в металле перераспределяется, из-за чего в спектре появляется дополнительный вклад. Простые теоретические схемы обычно не учитывают такую связь, поэтому интерпретация линий может оказаться смещенной.
Немецкие исследователи подробно объяснили , как на практике работает один из самых точных способов наблюдения за молекулами и атомными колебаниями , и почему результаты таких измерений легко интерпретировать неправильно. Речь идет о методе усиленной рамановской спектроскопии с зондом — tip-enhanced Raman spectroscopy, или TERS. Техника позволяет изучать вещество почти на уровне отдельных молекул. Авторы предложили новый вариант квантового моделирования, который помогает точнее связать измеренный сигнал с реальным движением атомов и корректно учесть влияние металлической поверхности под образцом.
Работу выполнили Крыштоф Брежина и Мариана Росси из Института структуры и динамики материи Общества Макса Планка вместе с Яиром Литманом из Института исследований полимеров. Их расчеты показали, что распространенная трактовка TERS-данных как прямого отображения атомных колебаний слишком упрощает физику эксперимента. Металл под молекулой не является пассивным фоном: его электронная структура откликается на внешнее поле и влияет на форму регистрируемого спектра.
Схема измерения устроена следующим образом. В обычной рамановской спектроскопии образец освещают лазером и анализируют характеристики рассеянного излучения. Спектральные сдвиги связаны с колебательными режимами атомов внутри молекул. По ним определяют состав и структуру вещества, но пространственное разрешение ограничено, потому что сигнал приходит сразу с заметной области. В TERS рядом с поверхностью размещают сверхострый металлический наконечник. Он работает как наноразмерная антенна, усиливает локальное электромагнитное поле и резко уменьшает зону чувствительности — до размеров меньше нанометра. В результате можно получать данные по отдельным молекулам и точечным дефектам двумерных материалов.
При этом усиливающие элементы установки сами входят в процесс взаимодействия. Металлический наконечник и подложка не только увеличивают интенсивность сигнала, но и меняют его характер. Под действием поля и колебаний молекулы заряд в металле перераспределяется, из-за чего в спектре появляется дополнительный вклад. Простые теоретические схемы обычно не учитывают такую связь, поэтому интерпретация линий может оказаться смещенной.