酸化タングステンナノロッドを用いたラマン散乱増強効果のオンオフスイッチング

摘要

我々はこれまでにタングステンの中間酸化物であるWO_x に非常に大きいラマン散乱の増強効果があることを見いだし、WO_x ナノロッドに吸着した単一一酸化炭素分子のラマン散乱が観察可能であることを報告してきた。このWO_x ナノロッドは層状の酸素欠損面を有し、これが導電面となり金属的な電気伝導特性を示す。バルク結晶内では存在しない構造であり、ナノロッド、ナノ粒子内でのみ存在可能な構造である。我々は今回新たにこのWO_x ナノロッドにラマン散乱の増強効果をオンオフすることができる機能があることを見いだした。WO_x ナノロッドは超高真空チャンバー内で多数成長させたものから、１本をタングステンティップ先端に光学顕微鏡下で取り付けた。ここで取り付けたナノロッドの直径は50～100nm 長さは5～10μm である。ラマン散乱増強効果のオンオフは、電解質溶液中で電圧を印加することによって引き起こすことができる。図１は、0.15M NaCl 水溶液中でWO_x ナノロッドに電圧を印加した際の時間連続ラマン散乱スペクトルを表している。1300 および1600cm~(-1) 付近のピークはナノロッド表面に成長させた極薄いカーボンフィルムのラマン散乱ピークによるものであり、WO_x ナノロッドの増強効果によって観察可能になっているピークである。負側に電圧を印加するとこのカーボンフィルムのピークが完全に消失してることが分かる。また、電圧を正側に戻すとピークも再び現れ、この現象が可逆的であることが分かる。酸化タングステンには電圧印加によってプロトンインターカレーションが起こることが知られており、ここで起きている増強効果のオンオフはプロトンインターカレーションによるナノロッドの電気伝導特性変化に起因すると考えている。この機能を用いれば、増強サイトのみからのスペクトルのみを抽出することができるため、多数の分子が存在する複雑なシステムにおいて極微量分子のラマン散乱スペクトルを検出するプローブの実現が期待できる。