Raman spektroszkópia. Történet Két leirás: Eldines, kvantumos Kiválasztási szabályok Szimmetriák Raman Intenzitás Rezonáns Raman

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Raman spektroszkópia. Történet Két leirás: Eldines, kvantumos Kiválasztási szabályok Szimmetriák Raman Intenzitás Rezonáns Raman"

Márk Hajdu
7 évvel ezelőtt
Látták:

Raman spektroszkópia Történet Két leirás: Eldines, kvantumos Kiválasztási szabályok Szimmetriák Raman Intenzitás Rezonáns Raman Speciális Raman

1 Raman spektroszkópia Történet Két leirás: Eldines, kvantumos Kiválasztási szabályok Szimmetriák Raman Intenzitás Rezonáns Raman Speciális Raman esetek elektronikus SERS, tip enh. ROA near-field Kisérleti megvalósítás Források: Wikipedia, Hans Kuzmany: Solid-State Spectroscopy: An Introduction

2 Történet: 1928 Raman & Krishnan Raman: legalacsonyabb rendű, jelentős energiaátadással járó inelasztikus fényszórás Egyéb folyamatok: Rayleigh, Brillouin, Compton, lumineszcencia

3 Inelasztikus fényszórás Rayleigh: Brillouin: Compton: kis momentum transzfer, akusztikus fononokon röntgenre erős, jelentős impulzusátadás Lumineszcencia: fény abszorpció, emisszió. Gerjesztésben rezonáns, erős Raman: szórt fény emlékezik elődjére, polarizációt részlegesen megtartja, gyenge folyamat

5 Raman shift: Pozitív Stokes-ra Rezgések jellemzése: Azonos atomokra: Raman erős! (CNT)

6 Általános klasszikus leirás: a Raman tenzor Molekulára: polarizálhatóság Szilárd testre: szuszceptibilitás Harmonikus közelítésben csak lineáris tagig kell. Neve: Raman tenzor, polarizáció és kristály (molekula függő) Rezgési módusok száma: normál koordináták szerinti kifejtésből, csoportelmélettel Raman intenzitás:

7 Kvantumos leírás: Feynman diagram: (1 ph. Stokes) A Raman intenzitás:

8 Kuzmany book

9 Rezonáns Raman Raman térkép Fantini et al. PRL 2004

10 Speciális Raman esetek I.: Elektronikus Pl. plazmon, magnon, Cooper pár Kuzmany Book Szupravezetőkben:

11 Speciális Raman esetek II.: Nem Γ pontbeli fonon (Kürti Jenő) Grafit Raman spektruma, diszperzió! D: defekt indukált módus Pócsik et al. (1998) Fonon-diszperzió:

12 Magyarázat: ún. kettős rezonancia conduction band valence band Egyszerre két nevező is lehet 0. (C.Thomsen and S.Reich, PRL 85, 5214, 2000)

13 Speciális Raman esetek III.: SERS, Tip Enhanced, ROA The exact mechanism of the enhancement effect of SERS is still a matter of debate in the literature. Wiki Felületi plazmonok vagy lokális töltésátvitel Hasonló a tip-enhanced Raman optical activity: L. D. Barron, M. P. Bogaard and A. D. Buckingham. J. Am. Chem. Soc. 95, 603 (1973)

14 Kisérleti megvalósitás Gerjesztés napfény, Hg-arc, lézerek BW<1 cm -1 Fénygyűjtés refraktiv, reflektiv optika kis f/#, achromatikus Rayleigh elnyomás triple spektrográf, interf. szűrők effektív, R-hez közeli Spektrográf Czerny-Turner, FT resol. <1 cm -1 Detektor single-channel, multi-channel nagy Q.E.

15 Gerjesztés Gázlézerek: Ar-Kr lézer (>20 vonal, pl. 488, 515, 647 stb.) He-Ne (633) Szilárdtestlézerek: Nd-Yag (1064 nm, v. 2x= 532, 3x=355) Hangolható lézerek: Festéklézerek Ti:Sapphire FM J PM HR Filt. O

16 Lézer szűrés plazma vonalak, fluorescens háttér stb. Szűrése: monokromátorral (Czerny-Turner v. Fastie-Ebert), max. 20 % TRM Modern megoldás: interferencia szűrők (létezik: BP, LP, SP), 98 % (!) TRM.

Mai megoldás: 1 monokromátor+lp (long pass) szűrő Felbontás: rés

17 A spektrográf Diszperziv spektrométer: Triple substractive spectrometer (15 éve volt csúcsmodell) Blazing! Mai megoldás: 1 monokromátor+lp (long pass) szűrő Felbontás: rés méretétől függ. Optikai leképezés jósága: résre mennyi fény jut FT-Raman: (nincs rés!, szimultán mérés, stabil hullámhossz)

18 Fénygyűjtés Minta leképezése egy résre (tipikusan 100 mikron), spektrométer f-szám illesztés Nagy N.A. szám (kis f/#), akromatikus legmodernebb megoldás: mikroszkóp objektivek (túl nagy energia sűrűség) Cassegrain (tükrös) Jó megoldás: kamera objektív megfordítva! FT-Raman: aszférikus szinglet (nem akromatikus) de működik mivel nincs rés

19 Detektorok FT-Raman, NIR: LN2 hűtött Germánium Vagy: InGaAs CCD v. single-channel Látható: régen PMT (10 % Q.E.) Most: CCD (25 micron/pixel), LN2 hűtött Példák Raman Intenzitás (tetsz. egys.) RBM D G G' Radiális lélegző módus (RBM) ν RBM = C/d(n,m) C ~ 230 cm -1 nm Raman shift(cm -1 )

Kétfalú nanocsövek Raman spektruma R. Pfeiffer et al. Phys. Rev. Lett. (2003) x10 x20 514.

20 Kétfalú nanocsövek Raman spektruma R. Pfeiffer et al. Phys. Rev. Lett. (2003) x10 x nm, 90 K x20 x1 Normalized Intensity (arb. u.) DWCNTs C 60 peapods SWCNTs Raman shift (cm -1 )

21 Nanocsövek izotóp nyomjelzése Izotóp függő jelenségek a természetben Rezgési spektrum * Más phonon energia: fajhő eredete szupravezetés Kvantum információ elmélet Nanocső keletkezés folyamata * NMR * : 12 C : 13 C F. Simon: Isotope engineering of carbon nanotubes könyvfejezet, Taylor & Francis, 2010

22 13 C dúsított nanocsövek Simon et al. Phys. Rev. Lett. (2005) 676 nm, 90 K Raman intenzitás (tetsz. egys.) x10 Nat-C 27 % 13 C 89 % 13 C Raman shift (cm -1 ) Inhomogén kiszélesedés 13 C eloszlás miatt Kürti Jenő, Zólyomi Viktor

Hasonló dokumentumok

Optikai spektroszkópia az anyagtudományban 8. Raman spektroszkópia Anizotrópia IR és Raman spektrumokban

Optikai spektroszkópia az anyagtudományban 8. Raman spektroszkópia Anizotrópia IR és Raman spektrumokban Kamarás Katalin MTA Wigner FK kamaras.katalin@wigner.mta.hu Optkai spektroszkópia az anyagtudományban