[发明专利]基于机械拉曼散射效应的光谱测量方法

说明书

本发明公开了一种基于机械拉曼散射效应的光谱测量方法，所述方法包括：将等离激元金属耦合于待测样品的表面，以使待测振子驱动等离激元金属产生周期性振动；控制激发光照射等离激元金属以产生表面等离激元共振，并收集生成的非弹性散射光的光谱信号，其中，表面等离激元共振生成的等离激元光腔与待测振子同步振动。该方法利用机械振子或具有机械振子特征的晶格振子驱动等离激元金属运动最终产生非弹性散射光信号，该过程不受待测样品自身光学选律的限制，通过把力学耦合和光学测量方法结合，用于机械振动测量和晶体结构表征。

技术领域

本发明是关于光谱测量技术领域，特别是关于一种基于机械拉曼散射效应的光谱测量方法。

背景技术

高精度振动测量具有广泛的应用场景，涵盖了基础科学、材料、地质、工程和军事等各个领域。经典的振动光谱技术，包括红外吸收光谱和拉曼散射光谱等，是测量分子或晶格原子运动状态的最有效途径之一，可提供皮米级精度的位移信息。

但由于机械振子往往不具备非零的电偶极极化张量，因而无法通过经典的振动光谱学方法对这些振动过程进行直接测量。以层状晶体中具有机械振子特征的超低频剪切声子为例，由于层间的极化率改变量相互抵消，层状晶体中具有同向原子层运动的超低频声子往往无法在入射光的作用下产生辐射活性的电偶极子。如何有效地在亚原子尺度上测量非光学活性的振动，包括经典机械振动和晶格振子振动，并将其应用于振动测量和晶体结构表征，是本发明的主要目标和出发点，以下分别从机械振动和晶体结构表征两个方面加以阐述。

人类生产生活存在多种携带着多种信息的宏观机械振动，机械振动测量在声纳技术、声波武器、地质勘探、超声成像、建筑物探伤、地震监测与引力波探测中具有重要作用。随着激光器、滤光元件、面阵电感耦合传感器等的不断发展，拉曼光谱已被用于基础科学研究、国土安全、环境监测、生物医学研究和文物鉴定中的指纹识别和原子精度表征。然而，人们尚未找到上述类型的振动信号与可见光良好耦合的实验证据。本发明提出的机械拉曼散射光谱技术的将为通过拉曼光谱测量机械振动提供一个行之有效的解决方案。

另一方面，以层状晶体晶格剪切振子为例，我们将对机械拉曼散射技术的实施方法和潜在应用场景进行展示。在层状晶体中，以原子层为单元的整体、周期性超低频振动称为层间振动模式(包含剪切模与呼吸模)，此类晶格声子不仅反映了晶体结构、对称性、力常数、电子-声子耦合强度等指纹信息，还通过电子-声子耦合作用，在晶体材料发光、超快界面电荷转移、超导等光、电、磁、热、力学性质方面起到关键作用。

迄今为止，人们已经发现了逾5600种层状晶体。具有同向原子层运动的剪切振动声子支携带了晶体结构中有关全局结构和隐藏界面的独特信息，然而，在大多数已知层状晶体中，根据层间键极化率模型此类剪切声子的极化率改变量绝对值很小或者为零(电子-声子耦合作用极弱)，因而它们的信号无法通过现有技术进行实验测量。通过本发明中各个实施例的实施，我们将展示机械拉曼散射技术在晶体结构表征尤其是晶体全局结构表征和隐藏界面探测中的独特优势。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于机械拉曼散射效应的光谱测量方法，其用以解决现有的光谱测量方法无法实现层状晶体全局结构表征测量、隐藏界面探测以及机械振动测量的技术问题。

为实现上述目的，本发明的实施例提供了一种基于机械拉曼散射效应的光谱测量方法，所述方法包括：

将等离激元金属耦合于待测样品的表面，以使待测振子驱动所述等离激元金属产生周期性振动；

控制激发光照射所述等离激元金属以产生表面等离激元共振，收集生成的非弹性散射光的光谱信号，其中，所述表面等离激元共振生成的等离激元光腔与所述待测振子同步振动。