オングストロームスケール極薄分子膜の高感度直接ラマン分光を実現 ― プラズモン電場増強や電子共鳴に頼らない表面・界面非線形ラマン計測の革新 ―

2026-05-08 分子科学研究所

分子科学研究所の杉本敏樹グループは、プラズモン電場増強や電子共鳴に依存せず、オングストロームスケール(1 nm以下)の極薄分子膜を高感度で直接観測できる新しい非線形コヒーレントラマン分光法を開発した。従来は、極薄界面分子のラマン信号が極めて弱いため、金属ナノ構造による電場増強や特定分子の電子共鳴が不可欠だったが、対象材料や本来の界面状態に制約があった。本研究では、フェムト秒ポンプ光・ストークス光と時間遅延を与えた非対称ピコ秒プローブ光を組み合わせ、基板由来の巨大な非共鳴背景信号を約4桁抑制。さらに残留背景信号を干渉増幅に利用し、原子的に平坦な金属表面上の極薄分子膜から直接ラマンスペクトルを取得することに成功した。触媒反応、電気化学、分子デバイス、接着界面などのリアルタイム・オペランド分析への応用が期待される。

オングストロームスケール極薄分子膜の高感度直接ラマン分光を実現 ― プラズモン電場増強や電子共鳴に頼らない表面・界面非線形ラマン計測の革新 ―
図1.時間領域測定と周波数領域測定を融合した表面・界面コヒーレントラマン分光法。従来のラマン測定で必要とされていたプラズモン電場増強や電子共鳴を用いることなく、オングストロームスケールの極薄分子系の計測を可能にした。

<関連情報>

「プラズモン増強・電子共鳴に頼らない金属界面オングストロームスケール分子層のコヒーレントラマン検出」 Plasmonic- and Electronic-Enhancement-Free Coherent Raman Detection of Ångström-Scale Molecular Layers at Metal Interfaces

Toshiki Sugimoto,Tomoaki Ichii,Tsuneto Kanai,Ryu Yoshizawa,Shota Takahashi,Atsunori Sakurai,Keisuke Seto,Chengxiang Jin
Nano Letters  Published: April 27, 2026
DOI:https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6c00802

Abstract

Coherent Raman scattering provides highly sensitive vibrational analysis through nonlinear light-matter interactions. However, its application to metal interfaces remains challenging because the intrinsically large nonresonant background (NRB) of metals overwhelms weak interfacial molecular vibrational signals. Here, we report a time-frequency hybrid coherent Raman spectroscopy approach that overcomes this limitation and enables the sensitive detection of ångström-thick molecular systems even on atomically flat metal surfaces. Our method combines a femtosecond pump and Stokes pulses with a time-delayed, asymmetrically shaped picosecond probe pulse. By exploiting the instantaneous temporal response of the metal NRB, this scheme effectively filters out the dominant NRB while retaining a controlled residual NRB that acts as an internal local oscillator, enabling the interferometric amplification of weak interfacial vibrational signatures. This all-optical coherent enhancement strategy establishes a route for direct, noninvasive Raman detection of interfacial molecular systems across diverse surfaces without requiring structure- and material-specific plasmonic and electronic enhancement mechanisms.

1701物理及び化学
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました