拉曼光谱在二维材料微观结构表征中的研究进展

二维材料由于其出色的电子、光学和热学特性而成为近年来的研究热点.随着二维材料研究深入,迫切需要一种能对二维材料结构和性能进行准确表征的技术.拉曼光谱作为一种快速,方便且无损的表征技术,在低维材料结构表征方面具有独特的优势.本文主要综述拉曼光谱在二维材料微观结构表征中的研究进展.通过对二维材料典型拉曼特征峰分析,讨论了拉...     

若干低维材料的拉曼光谱学研究--2004年度国家自然科学二等奖获奖项目介绍

文章扼要介绍了2004年国家自然科学二等奖获奖项目：《若干低维材料的拉曼光谱学研究》．用拉曼光谱研究低维纳米材料,必须对传统拉曼光谱学进行改造,创建新的“低维拉曼光谱学”．该项目通过若干低维材料的研究,为创建低维拉曼光谱学作出了系统的创新性贡献,如最先鉴认出典型低维材料的拉曼指纹谱,发现拉曼光谱的两个基本特征出现“反常”,但证明拉曼散射基本原理在低维体系中依然成立．通过低维拉曼光谱和光发射谱的应用研究,发现了材料的许多新奇物性,如发现超晶格和碳纳米管是类缺陷结构,和极性半导体纳米晶材料具有非晶特性,并提出了多孔硅的“量子限制电化学”形成和“多源量子阱”光发射模型,促进了低维材料和半导体器件的制备．     

拉曼光谱在二维材料研究上的应用

新时代研究型大学要求我们在本科教学中做到基础教学与创新性研究相统一,拉曼散射实验作为近代物理学经典实验之一,在前沿科学研究中有着广泛的应用。二维材料是近年来凝聚态物理与材料科学研究的前沿交叉领域,本文介绍了拉曼光谱技术的基础原理,并系统地概述了拉曼光谱技术在二维材料的结构相变、厚度与成分表征的应用。希望以拉曼光谱在二维材料的表征应用为范例,在大学本科生的创新性实验中引入新的教学内容与实验方法,让学生们了解拉曼散射的应用前沿,激发学生的研究兴趣,提升学生的创新能力,为大学的创新实验与近代物理实验提供新思路。     

Co掺杂ZnO纳米棒的共振拉曼光谱和发光特性

采用X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)手段对微乳液法合成的Zn0.9Co0.1O纳米棒进行了表征.通过室温下的共振拉曼光谱和光致发光光谱手段,研究了所合成纳米材料的共振拉曼光谱和发光特性,并与体相ZnO的研究结果对比,发现合成的材料具有四阶声子紫外共振拉曼散射,而体相材料只有两阶,并观察到在紫外和可见区域所...     

VHF-PECVD低温制备微晶硅薄膜的拉曼散射光谱和光发射谱研究

采用拉曼散射光谱和PR650光谱光度计对VHF-PECVD制备的微晶硅薄膜进行了结构表征和在线监测研究.结果表明：功率对材料的晶化率（χc）有一定的调节作用，硅烷浓度大，微调作用更明显；SiH*的强度只能在一定的范围内表征材料的沉积速率，功率大相应的速率反而下降；I［Hα*］/I［SiH*］强度比值反映了材料晶化程度，此结果和拉曼散射光谱测试结果显示出一致性；I［Hβ*］/I［Hα*］的强度比表明氢等离子体中的电子温度随功率的增大而逐渐降低. 关键词： 甚高频等离子体增强化学气相沉积 微晶硅 拉曼散射谱 光发射谱     

光散射研究的新动向──第13届国际拉曼光谱会议简介

第13届国际拉曼光谱会议于1992年8月30日至9月5日在德国维尔兹堡大学举行.680篇论文分属拉曼理论、共振拉曼谱、时间分辨拉曼散射、非线性拉曼谱、生物系统、表面增强拉曼散射(SERS)、超导、半导体微结构、低维与非晶固体、工业与医学应用、新拉曼技术等19个专题.我国共有10名学者出席会议,发表论文32篇.通过与各国学者交流,可以看出当前光散射研究的几个新动向.1.显微拉曼的应用日益广泛 利用显微拉曼不仅可以研究半导体和光纤中的应力分布与微结构,而且还可以对核污染后核粒子的演变过程进行分析.国际光散射委员会主席 R.J.H.Clark教…     

非共振条件下单壁碳纳米管拉曼散射强度的计算

利用非共振情况下的键极化模型理论，对单壁碳纳米管的拉曼光谱强度进行了研究.考察了碳纳米管结构、入射光和散射光的偏振方向以及管轴的取向对散射光强度的影响.计算结果表明，光的偏振方向对拉曼散射强度影响较大，而手性对拉曼光谱的影响较小.针对碳管样品的实际情况，给出了无规取向碳管的拉曼散射光谱. 关键词： 碳纳米管 拉曼散射 声子 键极化     

黑磷的多声子共振拉曼散射

黑磷由于具有独特的各向异性而受到广泛的关注.声子色散和电子能带结构的研究对于理解黑磷的性质及其在下一代各向异性纳米光电子器件中的应用有促进作用.拉曼光谱作为材料的指纹谱,可提供材料声子色散以及电子能带结构等信息.根据拉曼选择定则,多声子(两个或两个以上的声子)拉曼散射光谱可以探测整个布里渊区内的声子态密度.然而,一般来说,相比于一阶拉曼散射,高阶拉曼散射具有极低的强度.为了克服这种限制,本文通过多个激光波长来激发黑磷的拉曼光谱,观测到了丰富的二阶和三阶拉曼模.同时,采用特定的偏振配置避免了黑磷光学各向异性所导致的双折射效应对拉曼强度的影响,结合声子色散及其对称性对680—930 cm~(–1)范围内的多声子拉曼峰进行了指认,这表明非布里渊区中心的声子对黑磷的二阶和三阶拉曼散射有重要贡献.本文所提出的研究高阶拉曼散射的方法对研究其他各向异性材料中的共振拉曼光谱具有借鉴作用.     

缺陷单层和双层石墨烯的拉曼光谱及其激发光能量色散关系

拉曼光谱作为一种无破坏性、快速且敏锐的测试技术已经成 为表征石墨烯样品和研究其缺陷的最重要的实验手段之一. 本论文用离子注入在单层和双层石墨烯中产生缺陷, 并利用拉曼光谱研究了存在缺陷时单层和双层石墨烯的一阶和二阶拉曼模, 单层石墨烯的D模为双峰结构, 而双层石墨烯的D模具有四峰结构. 同时, 利用四条激光线系统地研究了本征和缺陷单层和双层石墨烯的拉曼峰频率的激发光能量依赖关系, 并基于石墨材料的双共振拉曼散射机理指认了离子注入后样品各拉曼峰的物理根源. 关键词： 石墨烯 缺陷 拉曼光谱 能量色散关系     

拉曼描述碳纳米管系统:缺陷探测,产物热处理,过程分析和催化剂(英文)

利用拉曼散射技术从多角度研究了碳纳米管合成系统。发现拉曼散射技术不仅可表征碳纳米材料本身的特性,而且可分析宏观的多壁碳纳米管与单壁碳纳米管的生长过程。针对不同的碳纳米材料的生长特性提出了催化剂与反应器设计及过程控制的研究方向。同时还发展了一种基于拉曼光谱法的定量测定单壁碳纳米管含量的方法。     

扫描拉曼埃分辨显微术：埃级分辨的针尖增强拉曼光谱成像技术

本综述对埃分辨针尖增强拉曼光谱成像技术的最新进展做了一个概述. 首先在理论层面介绍了如何理解原子尺度下对光进行限域,并解释了单个分子在这样一个原子级束缚的局域光“照射”下拉曼散射过程是如何发生的. 然后,概述了埃分辨针尖增强拉曼光谱技术相关研究领域的发展历程及其最新进展,特别介绍了最近发展的一种新的实空间单分子化学结构可视化重构技术—“扫描拉曼埃分辨显微术”. 最后,展望了该技术所具有的这种在单个化学键层面上识别材料化学结构的能力在不同的科学领域的应用前景.     

表面增强拉曼散射光谱的应用进展

表面增强拉曼光谱是一种非常有效的探测界面特性和分子间相互作用、表征表面分子吸附行为和分子结构的工具。已成为灵敏度最高的研究界面效应的技术之一,最大范围地应用于研究吸附分子在表面的取向及吸附行为、吸附界面表面状态、生物大分子的界面取向及构型、构象和结构分析;SERS技术也逐渐成为表面科学和电化学领域有力的研究手段,并已在痕量分析乃至单分子检测、化学及工业、环境科学、生物医学体系、纳米材料以及传感器等方面的研究中得到了广泛应用,甚至出现了拉曼技术与其他技术的联用。文章综述了近几年来表面增强拉曼散射作为一种光谱技术在这些应用领域的研究进展以及潜在应用价值;并简单介绍了作者所在实验室的相关工作,特别是富勒烯和碳纳米管材料等领域的一些探讨与研究。     

扫描拉曼埃分辨显微术:埃级分辨的针尖增强拉曼光谱成像技术（英文）

本综述对埃分辨针尖增强拉曼光谱成像技术的最新进展做了一个概述.首先在理论层面介绍了如何理解原子尺度下对光进行限域,并解释了单个分子在这样一个原子级束缚的局域光"照射"下拉曼散射过程是如何发生的.然后,概述了埃分辨针尖增强拉曼光谱技术相关研究领域的发展历程及其最新进展,特别介绍了最近发展的一种新的实空间单分子化学结构可视化重构技术—"扫描拉曼埃分辨显微术".最后,展望了该技术所具有的这种在单个化学键层面上识别材料化学结构的能力在不同的科学领域的应用前景.     

基于COMSOL的纳米傅里叶红外光谱系统数值模型

傅里叶红外光谱（FTIR）是材料表征的一种重要手段,然而受限于光的衍射极限,传统傅里叶红外光谱仪的极限空间分辨率在微米量级,无法应用于纳米材料的表征。纳米傅里叶红外光谱（Nano-FTIR）是一种新兴的超分辨光谱表面分析技术,其以纳米级空间分辨率、宽光谱范围和高化学灵敏性的特点在纳米材料表征研究中展现了巨大的潜力。定性及定量的研究Nano-FTIR信号高空间分辨的来源和系统中光谱信号的提取过程,可以为Nano-FTIR仪器的设计研发和样品光谱表征结果的解释提供重要依据。该研究从典型的仪器结构和基本的工作原理出发,在多物理场有限元分析软件COMSOL中建立了等效研究模型,并对模型的重要细节和数值计算过程分别进行了说明。在仿真研究中,首先基于麦克斯韦电磁波理论计算了模型空间的电磁场增强情况,再模拟了探针在介电常数差异巨大的两种材料交界处的“线扫”过程,探讨了针尖近场增强信号的空间分辨率。随后,以探针与样品的散射功率为数值模型的研究对象,仿真了探针“轻拍”对信号的调制和解调提取的过程,并讨论了不同入射倾角和解调频率对光谱信号提取的影响。最后,为了验证模型的合理性,仿真了20,100和300 nm三种厚度SiO₂薄膜样品在900～1 250 cm-1波数范围的光谱响应,并将仿真得到的光谱与实测结果进行了对比。结果表明随着样品厚度的增厚,光谱信号得到相应的增强,模型预测的谱图与实测谱图波形与波峰位置较为一致,且与以往一些文献中采用针尖-样品间电场强度表示针尖处散射信号强弱的方法相比,获得的谱图在峰形上更为接近。提出的数值模型可用于Nano-FTIR光谱的预测,此外,模型也具有一定的通用性,可以为其他基于散射型近场光学显微（s-SNOM）技术的太赫兹光谱技术和针尖增强拉曼光谱研究提供一定的借鉴。     

偏振拉曼实验技术研究

拉曼光谱技术作为常用的表征和测试分析手段,已被广泛的应用。本文设计搭建了基于激光显微共聚焦拉曼光谱仪的偏振拉曼光谱测试系统,将入射激光和拉曼散射的偏振引入拉曼光谱测试系统中。应用该实验平台,测试物理气相传输(PVT)法制备的4H-SiC样品,结果表明其拉曼光谱强度具有旋转偏振变化规律。本文所设计的系统将为偏振拉曼的研究提供实验基础,也为相关材料的分析提供技术保障。     

基于空芯光纤增强拉曼光谱气体探测方法研究

拉曼光谱技术具有多组分同时探测、分析周期短和非接触等特点,被应用于多个领域,但是由于较低的探测灵敏度,限制了拉曼光谱技术的发展。针对提高拉曼光谱技术对气体探测灵敏度问题,本文设计并搭建了一套基于空芯光纤气体拉曼光谱增强系统,开展了空芯光纤拉曼光谱系统和后向散射拉曼光谱实验系统对比实验研究。实验结果表明,空芯光纤对信号、背景和噪声都具有放大效果,以空气中氮气和氧气为探测物质,与后向拉曼光谱信号相比,在相同探测时间情况下,信号强度增强60倍以上,信噪比增强约6倍;在相同探测强度情况下,探测时间仅为后向散射的1/60,噪声为后向散射拉曼系统的1/2。     

中国拉曼光谱研究的先驱者——吴大猷先生

<正> 在《光散射学报》正式向国内外公开发行之际,吴大猷先生高兴地为它题写了刊名。这不仅表达了一位中国拉曼光谱研究先驱者对《光散射学报》的祝贺和支持,也是对所有从事光散射研究工作的炎黄子孙的厚爱和鼓励。1934—36年间在德、法留学的郑华炽先生(Hua—Chih Cheng)曾相继在德、法杂志上发表四篇有关拉曼光谱研究的论文。至于在中国实验室中测量拉曼光谱并将研究结果     

角分辨布里渊光散射对材料的弹性和热学性能研究的综述

材料的弹性和热学性能对于材料基本性质研究、器件的结构设计以及性能优化等具有重要的参考价值.本文综述了角分辨布里渊光散射的基本原理以及如何利用角分辨布里渊光散射光谱技术获得材料的弹性常数、德拜温度和晶格热导率等物理量,并介绍了该技术在研究块体、薄膜和二维材料的弹性和热学性能以及相关物理现象如声子瓶颈效应、尺寸效应等中的应...     

SERS光谱表征类生物膜

跨膜蛋白与配体间的相互作用研究对于探索细胞内信号转导的分子机制具有重要意义。拉曼光谱能够提供精细的蛋白质和脂类的结构信息,贵金属表面增强拉曼散射(SERS)基底上组装磷脂构建类生物膜可为表征脂类和跨膜蛋白的结构提供便利。研究制备了金纳米粒子-类生物膜结构,并获得了磷脂的SERS光谱,为研究跨膜蛋白-配体间相互作用提供了界面支持。     

荧光物质光学性质对受激拉曼散射的影响

荧光在受激拉曼散射中能发挥良好的外部种子作用,可以极大幅度降低受激拉曼阈值、增加散射模式的强度。将溶解了荧光物质的CS2溶液作为液芯光纤的芯液体进行荧光增强受激拉曼散射研究。结果表明,很小能量(1.86 mJ)的激光激发就能获得较强的斯托克斯和反斯托克斯拉曼光。以荧光光谱范围较小的罗丹明B(rhodamine B)作为荧光种子,只获得了强度较高的一阶反斯托克斯谱线和强度较低的一阶斯托克斯谱线;以荧光光谱范围很大的β-胡萝卜素(β-carotene)作为荧光种子,很小的抽运能量就获得了7阶斯托克斯光谱。因此可以选用不同光学性质的荧光种子来选择性增强受激拉曼散射的某一散射模式。