Jahresbericht 2018-2019

Eine der großen Herausforderungen der Nahfeld- Spektroskopie ist die Anpassung an spezifische Fragestellungen. Dies gilt insbesondere für biolo- gische Proben, da hier meist die Integrität der Zelle, Membran, etc. erhalten werden muss. Aus diesem Grund werden in unserer Gruppe kontinu- ierlich bestehende Verfahren weiterentwickelt, bzw. neue Methoden erprobt. Ein Beispiel ist in Abb. 3 gezeigt. Anstelle von optischen Detekto- ren wird hier der Einfluss des optischen Signals auf die mechanischen Eigenschaften der AFM Sonde als Messgröße verwendet. Diese soge- nannte Photo-induzierte Kraftmikroskopie (PiFM) erlaubt eine schnelle und effiziente Vorcharakte- risierung der Probe und Justage des Experi- ments. In ähnlicher Weise wird intensiv an der Kopplung von nichtlinearen optischen Verfahren mit der Spitzen-verstärkten Raman-Streuung ge- forscht. Hier sind nicht nur Verbesserungen der Empfindlichkeiten zu erwarten, es lassen sich auch nanoskalige optische mit strukturellen Ei- genschaften korrelieren. [6] Meyer R., et al., (2019): Synergy of Photoinduced Force Microscopy and Tip-Enhanced Raman Spectroscopy—A Correlative Study on MoS2, ACS Photonics, 6, 1191-1198, DOI: 10.1021/acsphotonics.8b01716. FORSCHUNG — 63 Experimentelle Entwicklungen für die Nahfeld- Spektroskopie Abb. 3. (unten rechts) Kombination von PiFM und TERS auf einem MoS 2 -Substrat: Optimierte Spitzen- positionierung im Fokus des Anregungslasers durch Korrelation des elektromagnetischen Feldverteilungs- bildes im PiFM Signal mit der maximal detektierten Signalverstärkung im TERS Signal. Abbildung: Robert Meyer. Ortsauflösung und Empfindlichkeit sind mit die wichtigsten Parameter für mikroskopische und spektroskopische Verfahren. Interessanterweise hat gerade die unter normalen Bedingungen we- nig empfindliche Raman-Mikroskopie hier ein sehr großes Potential. Mit der Kopplung von Raster- sondenverfahren und Plasmonen-basierten Nah- feld-optischen Techniken sind für die Raman- Spektroskopie Ortsauflösungen im Nanometer- bereich und Nachweisempfindlichkeiten bis hin zu Einzelmolekülen möglich. Mittlerweile sind sogar Experimente mit sub-molekularer Auflö- sung möglich. Unsere Gruppe ist aktiv an derarti- gen Experimenten beteiligt und untersucht in enger Kooperation mit theoretisch arbeitenden Gruppen die Grundlagen für derartige Auflösun- gen (Abb. 2 zeigt ein entsprechendes Experi- ment). Neben der atomaren Rauigkeit der plasmo- nischen Partikel und der chemischen Interaktion zwischen Sonde und Probe zeigen neue Experi- mente, dass dynamische Prozesse an der Sonde eine Rolle spielen. Durch neue Verfahren gelingt es gleichzeitig die dynamischen optischen Eigen- schaften der Sonden und die Temperatur am Untersuchungsort mit hoher Genauigkeit zu be- stimmen. So lassen sich Rückschlüsse auf die Prozesse während der Messung ziehen und die Interpretation der Daten wird deutlich verbessert. [4] Langer J., et al, (2019) Present and Future of Surface-Enhanced Raman Scattering, DOI: 10.1021/acsnano.9b04224. [5] Trautmann S., et al., (2018): Plasmon response evaluation based on image-derived arbitrary nanostructures, Nanoscale, 10, 9830-9839, DOI: 10.1039/C8NR02783H. Nanoskalige Plasmonik Abb. 2. (oben rechts) Schematische Darstellung eines TERS Experiments zur gleichzeitigen Bestimmung der Plasmonen-Resonanz und der Nahfeld-Temperatur. Die Probe (Dodecanthiol) wird hier auf einer ultra glatten Goldoberfläche immobilisiert, um Artefakte durch Probenrauigkeit oder Molekülorientierung auszuschließen. Abbildung: Marie Richard-Lacroix.