至尊纳米线和其他维系统的共振拉曼光谱

该程序的总体目标是可靠地测量一维系统的尖锐拉曼共振，作为样品温度的函数。这种方法可以帮助回答纳米线领域的关键问题，例如振动和光学激发的能量，以及样品的性质和质量。该技术的主要优点是它允许在包含多种结构的样品中直接关联振动模式和纳米线的电子过渡态。

我实验室的研究生 Joe Spencer 将演示拉曼实验。要开始此过程，请在干燥空气中将大约 50 毫克的单壁碳纳米管预热至 450 摄氏度。在氩气手套箱中，使用玛瑙研钵和研杵研磨大约 20 毫克预热的纳米管和等体积的填充材料，研磨 20 分钟以上，并施加力以产生紧密的混合物。

在手套箱中，将混合物的全部量转移到二氧化硅石英安瓿瓶中，一端密封，另一端打开。在中等真空下密封含有纳米管混合物的安瓿瓶。在马弗炉中，以每分钟约 5 摄氏度的斜坡速率加热密封的安瓿瓶，使其比填充材料的熔点高约 100 摄氏度。

从炉中取出冷却的安瓿瓶后，将其打开以备进一步使用。为拉曼光谱制备样品后，根据制造商的方案，使用可调谐激光源将入射波长设置为所需的值。围绕垂直轴旋转体积吹奏光栅 （VBG），以减少激光通过 VBG 的传输。

然后，使用 VBG 镜像支架进行微调。将镜子定位到吹嘘反射光束中，然后将光束逆向反射回 VBG 上。调整镜子以抑制逆向反射光束通过 VBG 的透射。

然后，测量通过 iris one 传输的激光功率。然后微调 VBG 和回复反射镜，以最大限度地提高激光功率的传输。通过将相关分束器的反射重新定位到两个光束观察相机上，调整后滤光镜，将激光束返回到预定义的路径。

如果激光器未位于同一采样点上，则由于采样区域的变化以及光耦合到光谱仪中的方式，可能会导致信号变化超过 50%。通过间接散射到光谱仪中来测量激光光子能量。调整半波片，将入射到物镜上的功率设置为大约 1 毫瓦。

使用成像光学元件检查样品图像，并确保激光点位于所需位置，没有柱头。调整样品位置，使激光光斑聚焦在干净的硅区域。此时，将光谱仪设置为零阶。

使用光谱仪内置的观察相机查看光谱仪第一级输入狭缝的图像。根据制造商的协议设置光谱仪软件，以从硅拉曼峰收集拉曼散射。将功率设置为 10 毫瓦。

在此之后，以 1 秒曝光重复拍摄拉曼光谱以开始聚焦。然后，调整样品的 Z 焦点，直到在 520 平方厘米处观察到清晰的硅峰。通过调整样品的输入半波片、输入镜头和 Z 焦距来最大化此信号。

将所需温度设置为 4 K，并让系统平衡约 40 分钟。根据制造商的协议，使用专注于 1 秒曝光的电荷耦合器件采集拉曼光谱。使用载物台控制器调整样品的 Z 聚焦位置，以最大限度地提高功率计的反射功率。

最后，使用合适的曝光时间获取拉曼光谱以获得足够的信号。在极端纳米线的拉曼光谱中观察到几个峰，这可以归因于振动激发，包括一个声子和多声子拉曼峰。特定拉曼特征与纳米线（而不是母体材料的纳米颗粒或块）相关的一个关键指标是特征极化依赖性，如此处所示。

来自一组随机取向的一维系统的拉曼散射在与激发激光相同的方向上优先偏振，对比度为 3：1，并显示出特征性的 8 字形。此处显示了碲化汞极纳米线的拉曼散射强度的激发强度依赖性的代表性测量值。拉曼强度最初呈线性增加，然后开始表现出非线性行为，信号趋于饱和。

随着温度的升高，光谱宽度变宽，模式的中心偏移变软。强度随温度的函数下降主要是由于导致共振的光学状态的相干寿命随着温度的升高而缩短，这清楚地表明拉曼散射可以提供的信息远远超出吸收测量所能提供的信息。在尝试此过程时，请务必记住监控该过程的可重复性。

系统地遵循此程序应允许用户获得相同波长的重复测量，精度在拉曼散射强度的 10% 以内。