شبيه‌سازي و تحليل پارامترهاي موثر بر پاسخ طيفي فاكتورتقويت ميدان الكتريكي در يك سيستمAFM-TERS پيشنهادي

Simulation and Analysis of the Effect of Parameters on the Spectral Response of Electric Field Enhancement Factor in the Proposed AFM-TERS System

يكي از پيشرفت­ هاي مهم سال­هاي اخير در دستگاه رامان، تلفيق آن با ميكروسكوپ پروب روبشي(SPM) به­­ خصوص ميكروسكوپ نيروي اتمي (AFM) بوده ­است. ميكروسكوپ نيروي اتمي در حال حاضر به ­عنوان يكي از بـهترين روش­هاي تصوير­برداري براي مطالعه توزيع ناهمگون سطح در ابعاد نانو شناخته مي­شود. در سال­هاي اخير دانشمندان بر روي به دست آوردن فاكتور تقويت ميدان الكتريكي بيشتر متمركز شده ­اند تا آنجا كه آشكارسازي و نقشه­ برداري از يك مولكول تنها با اين روش امكان­ پذير شده است. در نتيجه رزولوشن فضايي جهـت تشخيص در مقياس زير ­مولكول ­­­در حال بهـبود است. در اين مقاله با استفاده از روش محاسباتي تفاضلي محدود در حوزه زمان(FDTD) اثر تغيير پارامترهاي پروب مثل زاويه مخروط، شعاع تيپ و ‌‌جنس آن بر ميزان شدت ميدان الكتريكي نزديك به نوك پروب مورد بررسي قرار گرفته ­است. در نهايت­­­­ ­­­پس از يافتن بهترين ساختار تيپ و نوع پلاريزاسيون نور تابشي، اثر استفاده از زير­لايه در سيستم طيف­سنجي رامان تقويت­ شده سوزني(TERS) پيشنهادي بررسي شده است. نتايج شبيه­ سازي­­­­­ ها نشان مي ­دهد كه با توجه به ابعاد تيپ انتخاب شده از بين زاويه­ هاي مخروط بررسي شده زاويه مخروط 30 درجه بيشترين ميزان تقويت ميدان الكتريكي در نوك تيپ را ايجاد مي ­كند. همچنين به ­كار بردن منبع نور تابشي با پلاريزاسيون دايره­اي و استفاده از زيرلايه از عوامل بسيار موثر جهت بهبود فاكتور تقويت ميدان الكتريكي هستند. در انتها براي ساختار طراحي شده ماكزيمم مقدار فاكـتور تقويت ميدان الـكـتريكي 104×2/3 به­دست آمده است، كه اين مقدار در مقايسه با نتايج گزارش شده در مطالعات قبلي بهبود قابل توجه داشته­‌‌‌‌‌‌ است.

One of the most important advances in Raman spectroscopy in recent years has been its integration with scanning probe microscopes (SPM), especially atomic force microscopes (AFM). Currently, AFM is recognized as one of the best imaging methods for studying the distribution of heterogeneous surface in nanoscale dimensions. Scientists are now focused on obtaining more enhancement factor of electric field, to the extent that detection and mapping of only one molecule has become possible with this method. Therefore, spatial resolution is being improved in detecting sub-molecule levels. In this paper, using the finite difference time domain (FDTD) calculation method, the effect of changing the parameters of the probe such as cone angle, tip radius and its material on the electric field intensity near the apex of the probe is investigated. In addition, the effect of polarization of light on the increase of electric field has been analyzed. The simulation results obtained for different cone angles show that the cone angle of 30 degree creates the highest amount of electric field enhancement factor at the tip apex. Furthermore, the use of laser source with radially polarized light and the use of substrate are very effective factors on improving the electric field enhancement factor. Finally, the maximum value of electric field enhancement factor of the proposed configuration is 3.2×10⁴, where this value has been improved significantly comparing to the results reported in the previous papers published in this field.