针尖增强拉曼光谱(Tip-Enhanced Raman Spectroscopy,TERS)的增强机制中物理和化学效应的影响是一个非常重要的研究课题。通过采用基于原子力显微镜平台的针尖增强拉曼光谱系统,深入研究了金纳米光栅表面苯硫酚的针尖增强拉曼效应。通过与相同样品在表面增强拉曼光谱系统中不同模式的增强因子对比,发现在TERS中物理效应和化学效应对其拉曼信号的增强均有贡献,同时TERS技术会带来更大的化学增强效应,尽管在针尖加载的过程中并未改变苯硫酚与金光栅基底之间的化学环境。这种现象可以归因于苯硫酚分子在垂直金属表面方向上的各向异性及其与针尖表面电荷和外加光电场之间相互作用的影响。本文的研究促进人们对TERS机理的理解,为进一步完善TERS增强理论奠定基础。

表面增强拉曼散射的机理主要来源于金属表面等离子体共振所产生的电磁场增强, 因而基底的电磁特性决定了其增强的性能。本文以干涉光刻方法制作的大面积均匀性一维纳米光栅为增强基底, 从实验和理论上探究其表面增强拉曼散射的偏振依赖特性。本文使用苯硫酚作为探针分子, 并采用633 nm和785 nm两种波长作为激发光源, 开展了等离子体共振与非共振状态下金属光栅表面增强拉曼光谱的偏振依赖特性实验研究, 并通过时域有限差分法对光栅电磁特性进行分析。研究发现, 光栅表面的电场无论是否激发表面等离子体共振, 其电场随入射光偏振方向都会呈现出sin函数的规律性变化, 拉曼光谱的峰值强度则呈sin2函数的变化规律;此外, 表面等离子体共振会进一步加大拉曼光谱的偏振依赖性。