摘要
分子振动引起的光拉曼散射是一种通过分子内部键和对称性识别分子指纹的强大技术。因为拉曼散射是弱的1，增强、引导和利用它的方法是非常可取的，这已经通过光学腔实现2,波导3.，4，5，6和表面增强拉曼散射(SERS)7，8，9．尽管SERS提供了显著的增强2，6，10，11通过将光定位在金属纳米结构中极小的热点内，这些微小的相互作用体积只对少数分子敏感，产生微弱的信号12．在这里，我们展示了由4-氨基噻吩分子结合到等离子体间隙波导的SERS以99%的效率定向到单模。尽管牺牲了限制维度，我们发现SERS增强了~103.通过波导更大的传感体积和非谐振波导模式，可以实现宽光谱范围内的时间。值得注意的是，这种波导SERS的亮度足以成像拉曼传输穿过波导，突出了纳米聚焦的作用13，14，15还有Purcell效应16．通过类比β-激光物理中的因子10，17，18，19，20.，近乎统一的拉曼β我们观察到的-因子暴露了SERS技术控制拉曼散射的替代途径。波导SERS对拉曼散射的引导能力与基于集成光子学的拉曼传感器有关7，8，9在气体传感和生物传感方面的应用。
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确认
这项工作得到了EPSRC反应性等离子体酶项目(EP/M013812/1, r.f.o和S.A.M.)、EPSRC催化等离子体酶项目(EP/W017075/1, r.f.o和S.A.M.)和Leverhulme信托基金(RPG-2016-064, r.f.o和S.A.M.)的支持。此外，S.A.M.承认物理学的Lee-Lucas椅子。该项目获得了欧盟“地平线2020”研究和创新项目的资助，该项目由玛丽·斯库多夫斯卡-居里奖学金资助。844591年年报)。M.F.感谢R. Hoggarth对激光维护和校准的支持。N.A.G.感谢德国利奥波迪纳国家科学院通过利奥波迪纳博士后奖学金(LPDS2020-12)提供的支持。
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贡献
M.F M.P.dS.P.M。，N.A.G. and R.F.O. developed the idea and designed the experiments. M.P.dS.P.M., N.A.G. and X.X. designed and simulated the waveguide structures and their mode properties. A.J., X.X. and Y.L. fabricated the waveguides and performed the structural characterization. M.F., M.P.dS.P.M. and Y.L. prepared samples with 4-ATP molecules. M.F., M.P.dS.P.M., Y.C. and H.X. conducted the experiments and analysed the data. A.R. and R.F.O. developed the waveguide Raman model and analysed this in the context of the experimental data. All authors contributed to the writing of the manuscript.
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补充信息
补充讨论，图1 - 10和表1。
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傅M，莫塔，M.P.d.P，肖X。et al。Near-unity拉曼β波导中表面增强拉曼散射的-因子。Nanotechnol Nat。(2022)。https://doi.org/10.1038/s41565-022-01232-y
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