論文の概要: QUPERS: Quantum Enhanced Raman Spectroscopy
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.05443v1
- Date: Sat, 08 Feb 2025 04:18:10 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-02-11 14:29:25.428472
- Title: QUPERS: Quantum Enhanced Raman Spectroscopy
- Title（参考訳）: QUPERS:量子増強ラマン分光
- Authors: Özge Demirtas, Taner Tarik Aytas, Duygu Gümüs, Deniz Eren Mol, Batuhan Balkan, Emren Nalbant, Mehmet Emre Taşgın, Ramazan Sahin, Alpan Bek,
- Abstract要約: SERSプロセスは、入射と変換周波数が2つのプラズモン共鳴と一致するときに共鳴する。
低エネルギープラズモンモードに結合した量子ドット(QD)の存在は、変換経路に干渉効果をもたらすと予測されている。
従来のSERSの強化を反映した7倍増量係数(EF)を,QDの存在により実験的に実証した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.959014377424483
- License:
- Abstract: We present experimental demonstration of a recently predicted path interference phenomenon [Nanophotonics 7, 1687 (2018)]. A SERS process becomes resonant when both incident and the converted frequencies match with two plasmon resonances -- a condition which is hard to satisfy experimentally. Yet, presence of a quantum dot~(QD) coupled to the lower-energy plasmon mode has been predicted to introduce interference effect in the conversion paths and to bring the SERS process into resonance. Here, we experimentally demonstrate a 7-fold additional enhancement factor~(EF) {\it multiplying} the conventional SERS enhancement owing to the presence of QDs in addition to metal nanoparticles~(MNPs). We eliminate influence of alternative enhancement mechanisms and show that observed additional EF of 7 is solely because of the path interference~(Fano) effect taking place in the presence of the QDs. As the most significant evidence: we observe that when QD/MNP ratio exceeds $1$, EF starts to decrease. Two or more QDs sitting at different~(random) positions on a nanostar MNP surface starts to degrade the path interference effect. Even though the theoretically predicted maximum EFs of $\sim$100--1000 when QD is in the MNP hotspot are not always experimentally feasible in stochastic nature of large area SERS substrate, still, observation of a 7-fold overall increase in such a setting is significant for fabricating Raman-based sensor applications. More importantly, our scheme allows for designing selective SERS substrates. As the QD resonances can actively be shifted by external factors, such as by applying an electric field (Stark effect), it provides a previously-not-existing tool: active selective enhancement of Raman bands via an applied voltage.
- Abstract（参考訳）: 我々は最近予測された経路干渉現象(ナノフォトニクス7、1687年(2018年))を実験的に実証した。
SERSプロセスは、入射と変換された周波数が2つのプラズモン共鳴と一致するときに共鳴する。
しかし、低エネルギープラズモンモードに結合した量子ドット~(QD)の存在は、変換経路に干渉効果を導入し、SERSプロセスに共鳴をもたらすと予測されている。
そこで本研究では,金属ナノ粒子に加えてQDの存在により,従来のSERSの増進係数~(EF)乗算を実験的に示す。
代替エンハンスメント機構の影響を排除し、観察された7のEFは、QDの存在下での経路干渉〜(Fano)効果のためのみであることを示す。
最も重要な証拠として、QD/MNP比が1ドルを超えると、EFは減少し始めます。
ナノスターMNP表面上の異なる(ランダム)位置に座っている2つ以上のQDは、経路干渉効果を低下させ始めます。
MNPホットスポットにおけるQDの最大値である$\sim$100-1000のEFは、大面積SERS基板の確率的性質において必ずしも実験的に実現可能であるわけではないが、それでも、そのような設定における7倍の全体的な増加の観察は、Ramanベースのセンサーアプリケーションを作成する上で重要である。
さらに重要なことは、選択的なSERS基板を設計することが可能である。
QD共鳴は、電場(スターク効果)を印加するなど外部要因によって活発にシフトできるため、印加電圧を介してラマンバンドを選択的に増強する、既存のツールを提供する。
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