Nanoscale chemical imaging using tip-enhanced raman spectroscopy: A critical review

Angewandte Chemie - International Edition

Volumn 52, Issue 23, 2013, Pages 5940-5954

  Schmid, Thomas ^a   Opilik, Lothar ^a   Blum, Carolin ^a   Zenobi, Renato ^a  

^a ETH ZURICH   (Switzerland)

Author keywords

nanoscale analysis; Raman spectroscopy; scanning probe microscopy; spectroscopic imaging; tip enhanced Raman spectroscopy (TERS)

Indexed keywords

CHEMICAL INFORMATION; HIGH SPATIAL RESOLUTION; NANOSCALE ANALYSIS; RAMAN SPECTROSCOPIC; SINGLE MOLECULE LEVEL; SPECTROSCOPIC IMAGING; SURFACE ENHANCED RAMAN SCATTERING (SERS); TIP-ENHANCED RAMAN SPECTROSCOPY;

ATOMIC FORCE MICROSCOPY; ELECTROMAGNETIC FIELDS; LIGHT SOURCES; RAMAN SPECTROSCOPY; SCANNING PROBE MICROSCOPY; SCANNING TUNNELING MICROSCOPY; SURFACE SCATTERING;

NANOTECHNOLOGY;

NANOMATERIAL;

ATOMIC FORCE MICROSCOPY; CHEMISTRY; METHODOLOGY; NANOTECHNOLOGY; RAMAN SPECTROMETRY; REVIEW;

MICROSCOPY, ATOMIC FORCE; NANOSTRUCTURES; NANOTECHNOLOGY; SPECTRUM ANALYSIS, RAMAN;

EID: 84878416096     PISSN: 14337851     EISSN: 15213773     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/anie.201203849     Document Type: Review

References (131)

1. A. Engel, Adv. Imaging Electron Phys. 2009, 159, 357-386.
2. I. Medalsy, U. Hensen, D. J. Muller, Angew. Chem. 2011, 123, 12309-12314
3. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 12103-12108.
4. S. W. Hell, Science 2007, 316, 1153-1158.
5. S. Berning, K. I. Willig, H. Steffens, P. Dibaj, S. W. Hell, Science 2012, 335, 551.
6. J. C. Vaughan, X. Zhuang, Nat. Biotechnol. 2011, 29, 880-881.
7. G. T. Dempsey, J. C. Vaughan, K. H. Chen, M. Bates, X. Zhuang, Nat. Methods 2011, 8, 1027-1036.
8. R. M. Stöckle, Y. D. Suh, V. Deckert, R. Zenobi, Chem. Phys. Lett. 2000, 318, 131-136.
9. N. Hayazawa, Y. Inouye, Z. Sekkat, S. Kawata, Opt. Commun. 2000, 183, 333-336.
10. M. S. Anderson, Appl. Phys. Lett. 2000, 76, 3130-3132.
11. B. Pettinger, G. Picardi, R. Schuster, Electrochemistry 2000, 68, 942-949.
12. T. Yano, P. Verma, Y. Saito, T. Ichimura, S. Kawata, Nat. Photonics 2009, 3, 473-477.
13. E. C. Le Ru, P. G. Etchegoin, Principles of Surface-Enhanced Raman Spectroscopy and Related Plasmonic Effects, Elsevier, New York, 2009.
14. E. H. Synge, Philos. Mag. 1928, 6, 356-362.
15. D. W. Pohl, W. Denk, M. Lanz, Appl. Phys. Lett. 1984, 44, 651-653.
16. A. Lewis, M. Isaacson, A. Harootunian, A. Muray, Ultramicroscopy 1984, 13, 227-231.
17. L. Neumann, Y. Pang, A. Houyou, M. L. Juan, R. Gordon, N. F. vanHulst, Nano Lett. 2011, 11, 355-360.
18. S. Berweger, J. M. Atkin, R. L. Olmon, M. B. Raschke, J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 3427-3432.
19. F. Keilmann, R. Hillenbrand, Philos. Trans. R. Soc. London Ser. A 2004, 362, 787-806.
20. M. B. Raschke, C. Lienau, Appl. Phys. Lett. 2003, 83, 5089-5091.
21. F. DeAngelis, G. Das, P. Candeloro, M. Patrini, M. Galli, A. Bek, M. Lazzarino, I. Maksymov, C. Liberale, L. C. Andreani, E. DiFabrizio, Nat. Nanotechnol. 2010, 5, 67-72.
22. L. Novotny, B. Hecht, Principles of Nano-Optics, Cambridge University Press, Cambridge, 2006.
23. P. Drude, Ann. Phys. 1900, 306, 566-613.
24. P. Drude, Ann. Phys. 1900, 308, 369-402.
25. E. D. Palik, Handbook of Optical Constants of Solids III, Academic Press, New York, 1998.
26. C. F. Bohren, D. R. Huffman, Absorption and Scattering of Light by Small Particles, Wiley, New York, 1983.
27. J. Stadler, T. Schmid, R. Zenobi, Nanoscale 2012, 4, 1856-1870.
28. Z. Yang, Q. Li, Y. Fang, M. Sun, Chem. Commun. 2011, 47, 9131-9133.
29. A. Taguchi, N. Hayazawa, K. Furusawa, H. Ishitobi, S. Kawata, J. Raman Spectrosc. 2009, 40, 1324-1330.
30. B.-S. Yeo, T. Schmid, W. Zhang, R. Zenobi, Anal. Bioanal. Chem. 2007, 387, 2655-2662.
31. N. Hayazawa, T. Yano, S. Kawata, J. Raman Spectrosc. 2012, 43, 1177-1182.
32. M. Fleischer, A. Weber-Bargioni, M. V. P. Altoe, A. M. Schwartzberg, P. J. Schuck, S. Cabrini, D. P. Kern, ACS Nano 2011, 5, 2570-2579.
33. J. A. Schuller, E. S. Barnard, W. Cai, Y. C. Jun, J. S. White, M. L. Brongersma, Nat. Mater. 2010, 9, 193-204.
34. A. Ermushev, B. V. Mchedlishvili, V. Olenikov, A. Petukhov, Quantum Electron. 1993, 23, 435-440.
35. R. Esteban, R. Vogelgesang, K. Kern, Nanotechnology 2006, 17, 475-482.
36. L. Novotny, N. vanHulst, Nat. Photonics 2011, 5, 83-90.
37. N. Marquestaut, D. Talaga, L. Servant, P. Yang, P. Pauzauskie, F. Lagugné-Labarthet, J. Raman Spectrosc. 2009, 40, 1441-1445.
38. Y. Ogawa, T. Toizumi, F. Minami, A. Baranov, Phys. Rev. B 2011, 83, 081302.
39. B. R. Wood, E. Bailo, M. A. Khiavi, L. Tilley, S. Deed, T. Deckert-Gaudig, D. McNaughton, V. Deckert, Nano Lett. 2011, 11, 1868-1873.
40. P. Hermann, M. Hecker, D. Chumakov, M. Weisheit, J. Rinderknecht, A. Shelaev, P. Dorozhkin, L. M. Eng, Ultramicroscopy 2011, 111, 1630-1635.
41. N. Anderson, A. Hartschuh, L. Novotny, Nano Lett. 2007, 7, 577-582.
42. C. Williams, D. Roy, J. Vac. Sci. Technol. B 2008, 26, 1761-1764.
43. S. Kharintsev, G. Hoffmann, P. Dorozhkin, J. Loos, Nanotechnology 2007, 18, 315502.
44. T.-A. Yano, T. Ichimura, A. Taguchi, N. Hayazawa, P. Verma, Y. Inouye, S. Kawata, Appl. Phys. Lett. 2007, 91, 121101.
45. L. G. Cançado, A. Jorio, A. Ismach, E. Joselevich, A. Hartschuh, L. Novotny, Phys. Rev. Lett. 2009, 103, 186101.
46. M. Böhmler, A. Hartschuh, ChemPhysChem 2012, 13, 927-929.
47. C. C. Neacsu, S. Berweger, M. B. Raschke, Nanobiotechnology 2007, 3, 172-196.
48. C. C. Neacsu, J. Dreyer, N. Behr, M. B. Raschke, Phys. Rev. B 2006, 73, 193406.
49. L. Novotny, S. J. Stranick, Annu. Rev. Phys. Chem. 2006, 57, 303-331.
50. B. Pettinger, K. F. Domke, D. Zhang, R. Schuster, G. Ertl, Phys. Rev. B 2007, 76, 113409.
51. R. M. Roth, N. C. Panoiu, M. M. Adams, R. M. Osgood, C. C. Neacsu, M. B. Raschke, Opt. Express 2006, 14, 2921-2931.
52. B. Pettinger, K. F. Domke, D. Zhang, G. Picardi, R. Schuster, Surf. Sci. 2009, 603, 1335-1341.
53. B. Pettinger, P. Schambach, C. J. Villagómez, N. Scott, Annu. Rev. Phys. Chem. 2012, 63, 379-399.
54. T. Schmid, B. S. Yeo, W. Zhang, R. Zenobi, Tip Enhancement (Eds.:, S. Kawata, V.M. Shalaev,), Elsevier, Amsterdam, 2007.
55. C. A. Barrios, A. V. Malkovskiy, A. M. Kisliuk, A. P. Sokolov, M. D. Foster, J. Phys. Chem. C 2009, 113, 8158-8161.
56. V. Snitka, R. D. Rodrigues, V. Lendraitis, Microelectron. Eng. 2011, 88, 2759-2762.
57. D. Roy, J. Wang, C. Williams, J. Appl. Phys. 2009, 105, 013530.
58. C. Blum, T. Schmid, L. Opilik, S. Weidmann, S. R. Fagerer, R. Zenobi, J. Raman Spectrosc. 2012, 43, 1895-1904.
59. J. R. Lombardi, R. L. Birke, J. Phys. Chem. C 2008, 112, 5605-5617.
60. K. F. Domke, D. Zhang, B. Pettinger, J. Phys. Chem. C 2007, 111, 8611-8616.
61. X. Gao, J. P. Davies, M. J. Weaver, J. Phys. Chem. 1990, 94, 6858-6864.
62. R. L. McCreery, Raman Spectroscopy for Chemical Analysis, Wiley, New York, 2000.
63. J. D. Rodriguez, B. J. Westenberger, L. F. Buhse, J. F. Kauffman, Analyst 2011, 136, 4232-4240.
64. B.-S. Yeo, J. Stadler, T. Schmid, R. Zenobi, W. Zhang, Chem. Phys. Lett. 2009, 472, 1-13.
65. A. Kudelski, B. Pettinger, Chem. Phys. Lett. 2000, 321, 356-362.
66. E. J. Bjerneld, F. Svedberg, P. Johansson, M. Käll, J. Phys. Chem. A 2004, 108, 4187-4193.
67. N. P. W. Pieczonka, R. F. Aroca, ChemPhysChem 2005, 6, 2473-2484.
68. P. J. Moyer, J. Schmidt, M. Lukas, A. J. Meixner, G. W. Sandmann, H. Dietz, W. Plieth, J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 5409-5410.
69. D. Richards, R. Milner, F. Huang, F. Festy, J. Raman Spectrosc. 2003, 34, 663-667.
70. J. Heritage, J. Bergman, A. Pinczuk, J. Worlock, Chem. Phys. Lett. 1979, 67, 229-232.
71. T. Itoh, V. Biju, M. Ishikawa, Y. Kikkawa, K. Hashimoto, A. Ikehata, Y. Ozaki, J. Chem. Phys. 2006, 124, 134708.
72. J. Jiang, K. Bosnick, M. Maillard, L. Brus, J. Phys. Chem. B 2003, 107, 9964-9972.
73. S. Mahajan, R. M. Cole, J. D. Speed, S. H. Pelfrey, A. E. Russell, P. N. Bartlett, S. M. Barnett, J. J. Baumberg, J. Phys. Chem. C 2010, 114, 7242-7250.
74. Y. Maruyama, M. Futamata, Chem. Phys. Lett. 2005, 412, 65-70.
75. M. Moskovits, J. Raman Spectrosc. 2005, 36, 485-496.
76. A. Otto, J. Timper, T. Billmann, G. Kovacs, I. Pockrand, Surf. Sci. 1980, 92, L55-L57.
77. G. I. N. Waterhouse, G. A. Bowmaker, J. B. Metson, Appl. Surf. Sci. 2003, 214, 36-51.
78. M. Chaigneau, G. Picardi, R. Ossikovski, Surf. Sci. 2010, 604, 701-705.
79. B.-S. Yeo, E. Amstad, T. Schmid, J. Stadler, R. Zenobi, Small 2009, 5, 952-960.
80. W. Zhang, T. Schmid, B. S. Yeo, R. Zenobi, J. Phys. Chem. C 2008, 112, 2104-2108.
81. J. Tsang, J. Demuth, P. Sanda, J. Kirtley, Chem. Phys. Lett. 1980, 76, 54-57.
82. C. Barrios, A. Malkovskiy, R. Hartschuh, Proc. SPIE 2008, 6954, 69540C.
83. B.-S. Yeo, T. Schmid, W. Zhang, R. Zenobi, Appl. Spectrosc. 2008, 62, 708-713.
84. J. F. John, S. Mahurin, S. Dai, M. J. Sepaniak, J. Raman Spectrosc. 2010, 41, 4-11.
85. A. V. Whitney, J. W. Elam, P. C. Stair, R. P. VanDuyne, J. Phys. Chem. C 2007, 111, 16827-16832.
86. J. Steidtner, B. Pettinger, Rev. Sci. Instrum. 2007, 78, 103104.
87. N. Jiang, E. T. Foley, J. M. Klingsporn, M. D. Sonntag, N. A. Valley, J. A. Dieringer, T. Seideman, G. C. Schatz, M. C. Hersam, R. P. VanDuyne, Nano Lett. 2012, 12, 5061- 5067.
88. J. Steidtner, B. Pettinger, Phys. Rev. Lett. 2008, 100, 236101.
89. T. Schmid, B.-S. Yeo, G. Leong, J. Stadler, R. Zenobi, J. Raman Spectrosc. 2009, 40, 1392-1399.
90. K. L. Norrod, K. L. Rowlen, Anal. Chem. 1998, 70, 4218-4221.
91. J. Stadler, T. Schmid, R. Zenobi, Nano Lett. 2010, 10, 4514-4520.
92. A. Weber-Bargioni, A. Schwartzberg, M. Cornaglia, A. Ismach, J. J. Urban, Y. Pang, R. Gordon, J. Bokor, M. B. Salmeron, D. F. Ogletree, S. Cabrini, P. J. Schuck, Nano Lett. 2011, 11, 1201-1207.
93. L. Opilik, T. Bauer, T. Schmid, J. Stadler, R. Zenobi, Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 9978-9981.
94. G. Picardi, M. Chaigneau, R. Ossikovski, C. Licitra, G. Delapierre, J. Raman Spectrosc. 2009, 40, 1407-1412.
95. J. Stadler, T. Schmid, L. Opilik, P. Kuhn, P. S. Dittrich, R. Zenobi, Beilstein J. Nanotechnol. 2011, 2, 509-515.
96. T. Ichimura, H. Watanabe, Y. Morita, P. Verma, S. Kawata, Y. Inouye, J. Phys. Chem. C 2007, 111, 9460-9464.
97. E. G. Bortchagovsky, U. C. Fischer, J. Raman Spectrosc. 2009, 40, 1386-1391.
98. M. S. Dresselhaus, G. Dresselhaus, R. Saito, A. Jorio, Phys. Rep. 2005, 409, 47-99.
99. A. Hartschuh, H. Qian, C. Georgi, M. Böhmler, L. Novotny, Anal. Bioanal. Chem. 2009, 394, 1787-1795.
100. L. G. Cançado, A. Hartschuh, L. Novotny, J. Raman Spectrosc. 2009, 40, 1420-1426.
101. A. Hartschuh, E. J. Sánchez, X. S. Xie, L. Novotny, Phys. Rev. Lett. 2003, 90, 95503.
102. A. Hartschuh, N. Anderson, L. Novotny, J. Microsc. 2003, 210, 234-240.
103. C. Georgi, A. Hartschuh, Appl. Phys. Lett. 2010, 97, 143117.
104. M. Böhmler, Z. Wang, A. Myalitsin, A. Mews, A. Hartschuh, Angew. Chem. 2011, 123, 11740-11742
105. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 11536-11538.
106. N. Peica, S. Röhrig, A. Rüdiger, K. Brose, C. Thomsen, J. Maultzsch, Phys. Status Solidi B 2009, 246, 2708-2712.
107. K. Goß, N. Peica, C. Thomsen, J. Maultzsch, C. M. Schneider, C. Meyer, Phys. Status Solidi B 2011, 248, 2577-2580.
108. N. Peica, C. Thomsen, J. Maultzsch, Phys. Status Solidi B 2010, 247, 2818-2822.
109. D. Roy, C. Williams, J. Vac. Sci. Technol. A 2010, 28, 472-475.
110. A. Tarun, N. Hayazawa, T. A. Yano, S. Kawata, J. Raman Spectrosc. 2011, 42, 992-997.
111. N. Peica, C. Thomsen, J. Maultzsch, Nanoscale Res. Lett. 2011, 6, 174.
112. T.-A. Yano, Y. Inouye, S. Kawata, Nano Lett. 2006, 6, 1269-1273.
113. K. S. Novoselov, Science 2004, 306, 666-669.
114. K. S. Novoselov, D. Jiang, F. Schedin, T. J. Booth, V. V. Khotkevich, S. V. Morozov, A. K. Geim, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2005, 102, 10451-10453.
115. X. Huang, Z. Yin, S. Wu, X. Qi, Q. He, Q. Zhang, Small 2011, 7, 1876-1902.
116. A. Ferrari, J. Meyer, V. Scardaci, C. Casiraghi, M. Lazzeri, F. Mauri, S. Piscanec, D. Jiang, K. Novoselov, S. Roth, Phys. Rev. Lett. 2006, 97, 187401.
117. G. G. Hoffmann, J. Loos, Macromol. Symp. 2008, 265, 1-11.
118. K. F. Domke, B. Pettinger, J. Raman Spectrosc. 2009, 40, 1427-1433.
119. Y. Saito, P. Verma, K. Masui, Y. Inouye, S. Kawata, J. Raman Spectrosc. 2009, 40, 1434-1440.
120. J. Stadler, T. Schmid, R. Zenobi, ACS Nano 2011, 5, 8442-8448.
121. M. A. Green, K. Emery, Y. Hishikawa, W. Warta, E. D. Dunlop, Prog. Photovoltaics Res. Appl. 2012, 20, 12-20.
122. P. G. Nicholson, F. A. Castro, Nanotechnology 2010, 21, 492001.
123. E. Klimov, W. Li, X. Yang, G. Hoffmann, J. Loos, Macromolecules 2006, 39, 4493-4496.
124. D. Zhang, X. Wang, K. Braun, H. J. Egelhaaf, M. Fleischer, L. Hennemann, H. Hintz, C. Stanciu, C. J. Brabec, D. P. Kern, J. Raman Spectrosc. 2009, 40, 1371-1376.
125. X. Wang, D. Zhang, K. Braun, H. J. Egelhaaf, C. J. Brabec, A. J. Meixner, Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 492-499.
126. P. E. Shaw, A. Ruseckas, I. D. W. Samuel, Adv. Mater. 2008, 20, 3516-3520.
127. D. Zhang, U. Heinemeyer, C. Stanciu, M. Sackrow, K. Braun, L. E. Hennemann, X. Wang, R. Scholz, F. Schreiber, A. J. Meixner, Phys. Rev. Lett. 2010, 104, 056601.
128. D. Abou-Ras, R. Caballero, C. H. Fischer, C. A. Kaufmann, I. Lauermann, R. Mainz, H. Mönig, A. Schöpke, C. Stephan, C. Streeck etal., Microsc. Microanal. 2011, 17, 728-751.
129. T. Schmid, C. Camus, S. Lehmann, D. Abou-Ras, C. H. Fischer, M. C. Lux-Steiner, R. Zenobi, Phys. Status Solidi A 2009, 206, 1013-1016.
130. P. C. Sevinc, X. Wang, Y. Wang, D. Zhang, A. J. Meixner, H. P. Lu, Nano Lett. 2011, 11, 1490-1494.
131. C. W. Freudiger, W. Min, B. G. Saar, S. Lu, G. R. Holtom, C. He, J. C. Tsai, J. X. Kang, X. S. Xie, Science 2008, 322, 1857-1861.