A Novel Ultra‐Sensitive Semiconductor SERS Substrate Boosted by the Coupled Resonance Effect

半导体 材料科学 基质(水族馆) 光电子学 纳米技术 生物 生态学
作者
Lili Yang,Yusi Peng,Yong Yang,Jianjun Liu,Haoliang Huang,Bohan Yu,Jimin Zhao,Yalin Lü,Zhengren Huang,Zhi‐Yuan Li,John R. Lombardi
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:6 (12): 1900310-1900310 被引量:285
标识
DOI:10.1002/advs.201900310
摘要

Abstract Recent achievements in semiconductor surface‐enhanced Raman scattering (SERS) substrates have greatly expanded the application of SERS technique in various fields. However, exploring novel ultra‐sensitive semiconductor SERS materials is a high‐priority task. Here, a new semiconductor SERS‐active substrate, Ta 2 O 5 , is developed and an important strategy, the “coupled resonance” effect, is presented, to optimize the SERS performance of semiconductor materials by energy band engineering. The optimized Mo‐doped Ta 2 O 5 substrate exhibits a remarkable SERS sensitivity with an enhancement factor of 2.2 × 10 7 and a very low detection limit of 9 × 10 −9 m for methyl violet (MV) molecules, demonstrating one of the highest sensitivities among those reported for semiconductor SERS substrates. This remarkable enhancement can be attributed to the synergistic resonance enhancement of three components under 532 nm laser excitation: i) MV molecular resonance, ii) photoinduced charge transfer resonance between MV molecules and Ta 2 O 5 nanorods, and iii) electromagnetic enhancement around the “gap” and “tip” of anisotropic Ta 2 O 5 nanorods. Furthermore, it is discovered that the concomitant photoinduced degradation of the probed molecules in the time‐scale of SERS detection is a non‐negligible factor that limits the SERS performance of semiconductors with photocatalytic activity.
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