(Phys.org)—Les progrès de la spectroscopie Raman à surface améliorée à l'aide d'un microscope à effet tunnel sous ultravide et à basse température ont permis à un groupe de chercheurs de l'Université des sciences et technologies de Chine de distinguer deux mais structurellement similaire, molécules adjacentes adsorbées sur une surface d'argent. Ce niveau de précision et de sensibilité pourrait permettre des progrès dans la chimie de surface et une surveillance précise du séquençage de l'ADN et du repliement des protéines. Leurs travaux sont publiés dans un récent numéro de Nature Nanotechnologie .

Les travaux antérieurs de ce groupe ont utilisé l'imagerie Raman améliorée par plasmon pour isoler une seule molécule de meso-tetrakis (3, 5-di-tétrarybutyl-phényl-porphyrine), ou H 2 TBPP, qui était situé dans la nanocavité STM sous ultravide et basse température. En utilisant les conditions optimisées pour isoler une seule molécule, ils rapportent maintenant être capables de distinguer deux molécules dérivées de la porphyrine, H 2 TBPP et zinc-5, dix, 15, 20-tétraphényl-porphyrine, ou ZnTPP. Ces molécules structurellement similaires sont à distance de van der Waals les unes des autres et sont adsorbées sur un substrat Ag (111).

Ils ont pu atteindre ce type de sensibilité en utilisant la diffusion Raman à pointe améliorée (TERS). TERS est une technique d'amélioration Raman qui limite les mesures Raman à la zone à l'intérieur de la pointe STM, une zone couvrant 0,5 nm. Ce confinement spatial permet des mesures très précises de molécules individuelles. Outre l'amélioration importante du signal, un avantage de l'utilisation de TERS est que l'interaction entre la molécule et le substrat métallique supprime le signal de fluorescence potentiellement dominant tandis que le processus non linéaire impliqué contribue à améliorer la résolution spatiale. De plus, le TERS est non invasif, ce qui maintient l'intégrité structurelle et chimique de l'échantillon, et il peut faire la distinction entre différentes configurations moléculaires de molécules adsorbées en surface.

La première partie de cette étude a porté sur des molécules individuelles de ZnTPP et H 2 TBPP sur des surfaces Ag(111) séparées. Bien que ces deux molécules aient des structures similaires, leurs spectres Raman étaient distinctifs, suggérant que l'on pourrait distinguer les deux molécules si elles étaient sur la même surface. Jiang, et al. ont également constaté que les spectres TERS étaient différents des spectres Raman de poudre correspondants des deux molécules, suggérant que ces données combinées à la simulation de la théorie fonctionnelle de la densité pourraient fournir des informations sur la configuration moléculaire à la surface du métal.

La partie suivante de l'étude consistait à examiner le ZnTPP et le H 2 TBPP sur la même surface Ag(111). Ils ont examiné deux "îlots" moléculaires différents qui étaient distants d'environ 2,5 nm, un avec ZnTBPP et l'autre avec H 2 Molécules de TBPP. Les îles avaient une surface nue d'Ag (111) entre les deux. Ils ont constaté que les spectres TERS pour la partie supérieure de l'île de la surface ressemblaient à du ZnTPP tandis que l'île inférieure avait des spectres qui ressemblaient à H 2 TBPP.

Jiang et al. ont observé que les molécules le long du bord d'une île avaient des spectres TERS plus faibles par rapport aux molécules à l'intérieur d'une île. Ils ont effectué des mesures TERS séquentielles et ont pu faire la distinction entre l'îlot moléculaire ZnTPP, y compris les molécules le long du bord et le H 2 Île moléculaire TBPP et ses molécules de bord. Ils ont découvert que même lorsque deux îles moléculaires se trouvent à une distance de van der Waals l'une de l'autre, l'analyse du spectre TERS le long de la trace de ligne fait la distinction entre une molécule de bord sur l'îlot ZnTPP et une molécule de bord sur le H 2 île TPP.

La capacité de faire la distinction entre une île et une molécule à gradins est due aux différences de configurations de surface. Sur la base de calculs DFT et de données expérimentales, ZnTPP, en particulier, avait plusieurs configurations distinctes. Ceux-ci sont basés sur les angles dans le plan et hors du plan des cycles phényle et l'angle d'inclinaison.

La capacité de distinguer deux molécules sur une surface ainsi que de déterminer leur configuration et leur orientation d'adsorption ouvre la porte à l'étude de la catalyse de surface ainsi que d'autres systèmes biologiques.

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