Dispersión Raman del enlace de azufre en superficies metálicas

A estudio de investigación de la Universidad Estatal de Iowa estudiaron las posibilidades de utilizar la espectroscopia de dispersión Raman direccional para caracterizar las monocapas autoensambladas (SAM) depositadas sobre superficies de oro (Au) y plata (Ag). Las SAM se forman por absorción de tioles orgánicos (R-SH) en superficies metálicas y se utilizan en aplicaciones microelectrónicas que requieren un modelado preciso de la superficie de las películas metálicas.  

En comparación con la espectroscopia Raman mejorada en superficie (SERS), se ha demostrado que la espectroscopia de dispersión Raman direccional proporciona una caracterización más precisa de la SAM. En este estudio se midió la señal SERS de una monocapa sintetizada de cloruro de N-(6-mercapto)hexilpirindinio sobre superficies rugosas de Au y Ag. El tipo de monocapa y el número de unidades de unión Au-S en los clústeres de oro influyeron en los espectros SERS desplazando las bandas Au-S a frecuencias más altas. Además, se descubrió que la región vibracional de Au-S puede abarcar de 220 a 350 cm^-1 debido a las vibraciones de estiramiento. El enlace vibracional tangencial Au-S mostró un enlace Au-S más débil en comparación con las vibraciones radiales. Los resultados confirmaron que el modo de estiramiento Au-S se desplaza a una frecuencia más alta en comparación con las bandas Ag-S debido al enlace más corto y a la mayor afinidad entre la superficie de oro y el grupo azufre.

El enlace vibracional metal-azufre de una monocapa de benzotiol sobre superficies lisas de oro y plata se evaluó mediante dispersión Raman direccional. De las películas metálicas ensayadas en este estudio, la de oro plano liso fue depositada por Platypus Technologies. Se depositó una capa de adherencia de titanio de 2 nm sobre una película de oro. Se utilizó una solución de benzotiol para crear SAM sobre las películas metálicas.

Las ondas electromagnéticas conocidas como polaritones de plasmón superficial (SPP) se producen cuando la luz de excitación se encuentra en un ángulo de incidencia específico. Esto, a su vez, puede causar dispersión Raman dentro de las moléculas absorbidas en la película metálica. Puede producirse un cono SPP cuando la luz Raman dispersa excita los SPPs. En este trabajo, se utilizó un prisma Weierstrass para recoger la luz dispersa generada dentro del cono SPP. Se obtuvo la señal Raman direccional producida a partir del cono SPP para cada película. Todas las películas metálicas generaron fuertes señales direccionales y se determinaron los ángulos del cono SPP antes y después de la absorción de benzotiol.

Los resultados indicaron que los ángulos de incidencia y de cono SPP aumentaron significativamente tras inmovilizar una monocapa de bencenotiol. El enlace Au-S de la película de oro también presentó un aumento de la intensidad del pico tras inmovilizar el bencenotiol. Para indicar la precisión de las señales Raman direccionales, se compararon los ángulos incidentes recogidos en el experimento con los cálculos de la suma cuadrática del campo eléctrico y la reflectividad. La precisión resultó ser de ±0,01°, lo que ilustra una generación precisa de la señal.

En conclusión, la dispersión Raman direccional puede permitir caracterizar monocapas sobre superficies lisas de oro y plata.  

Platypus Technologies ofrece una gama de servicios de deposición de metales. Mediante la evaporación por haz de electrones se producen películas muy puras, uniformes y lisas. La deposición de metales se produce en una sala blanca altamente controlada que evita la posible contaminación por nanopartículas.

Referencia:

Espectros de dispersión Raman direccional de enlaces metal-azufre en sustratos lisos de oro y plata