Variable-Temperature Tip-Enhanced Raman Spectroscopy of Single-Molecule Fluctuations and Dynamics

Nano Letters

Volumn 16, Issue 1, 2016, Pages 479-487

  Park, Kyoung Duck ^a   Muller, Eric A ^a   Kravtsov, Vasily ^a   Sass, Paul M ^a   Dreyer, Jens ^b   Atkin, Joanna M ^a,c   Raschke, Markus B ^a  

^a UNIVERSITY OF COLORADO   (United States)

^b RWTH AACHEN UNIVERSITY   (Germany)

^c University of North Carolina at Chapel Hill   (United States)

Author keywords

low temperature; molecular dynamics; molecular orientation; single molecule; Tip enhanced Raman spectroscopy (TERS); vibrational dephasing

Indexed keywords

CORRELATION METHODS; MOLECULAR DYNAMICS; MOLECULAR ORIENTATION; RAMAN SPECTROSCOPY; TEMPERATURE; VIBRATIONAL SPECTROSCOPY;

CONFORMATIONAL HETEROGENEITY; INTRAMOLECULAR COUPLING; LOW TEMPERATURES; QUANTITATIVE INVESTIGATION; SINGLE MOLECULE; SINGLE MOLECULE SPECTROSCOPY; TIP-ENHANCED RAMAN SPECTROSCOPY; VIBRATIONAL DEPHASING;

MOLECULES;

EID: 84957872787     PISSN: 15306984     EISSN: 15306992     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b04135     Document Type: Article

References (67)

1. Moerner, W.; Kador, L. Phys. Rev. Lett. 1989, 62, 2535-2538 10.1103/PhysRevLett.62.2535
2. Hell, S. W.; Wichmann, J. Opt. Lett. 1994, 19, 780 10.1364/OL.19.000780
3. Betzig, E.; Patterson, G. H.; Sougrat, R.; Lindwasser, O. W.; Olenych, S.; Bonifacino, J. S.; Davidson, M. W.; Lippincott-Schwartz, J.; Hess, H. F. Science 2006, 313, 1642-5 10.1126/science.1127344
4. Min, W.; Lu, S.; Chong, S.; Roy, R.; Holtom, G. R.; Xie, X. S. Nature 2009, 461, 1105-9 10.1038/nature08438
5. Bout, D. A. V.; Yip, W.-T.; Hu, D.; Fu, D.-K.; Swager, T. M.; Barbara, P. F. Science 1997, 277, 1074-1077 10.1126/science.277.5329.1074
6. Tian, Y.; Navarro, P.; Kozankiewicz, B.; Orrit, M. ChemPhysChem 2012, 13, 3510-5 10.1002/cphc.201200463
7. Sosa, H.; Peterman, E. J.; Moerner, W. E.; Goldstein, L. S. Nat. Struct. Biol. 2001, 8, 540-4 10.1038/88611
8. Pertsinidis, A.; Zhang, Y.; Chu, S. Nature 2010, 466, 647-651 10.1038/nature09163
9. Goldsmith, R. H.; Moerner, W. E. Nat. Chem. 2010, 2, 179-86 10.1038/nchem.545
10. Sallen, G.; Tribu, A.; Aichele, T.; André, R.; Besombes, L.; Bougerol, C.; Richard, M.; Tatarenko, S.; Kheng, K.; Poizat, J.-P. Nat. Photonics 2010, 4, 696-699 10.1038/nphoton.2010.174
11. Rosenfeld, D. E.; Gengeliczki, Z.; Smith, B. J.; Stack, T. D. P.; Fayer, M. D. Science 2011, 334, 634-9 10.1126/science.1211350
12. Kneipp, K.; Wang, Y.; Kneipp, H.; Perelman, L.; Itzkan, I.; Dasari, R.; Feld, M. Phys. Rev. Lett. 1997, 78, 1667-1670 10.1103/PhysRevLett.78.1667
13. Nie, S. Science 1997, 275, 1102-1106 10.1126/science.275.5303.1102
14. Stöckle, R. M.; Suh, Y. D.; Deckert, V.; Zenobi, R. Chem. Phys. Lett. 2000, 318, 131-136 10.1016/S0009-2614(99)01451-7
15. Neacsu, C. C.; Dreyer, J.; Behr, N.; Raschke, M. B. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2006, 73, 193406 10.1103/PhysRevB.73.193406
16. Stadler, J.; Schmid, T.; Zenobi, R. Nano Lett. 2010, 10, 4514-20 10.1021/nl102423m
17. van Schrojenstein Lantman, E. M.; Deckert-Gaudig, T.; Mank, A. J. G.; Deckert, V.; Weckhuysen, B. M. Nat. Nanotechnol. 2012, 7, 583-6 10.1038/nnano.2012.131
18. Zhang, W.; Yeo, B.; Schmid, T.; Zenobi, R. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 1733-1738 10.1021/jp064740r
19. Zhang, R.; Zhang, Y.; Dong, Z. C.; Jiang, S.; Zhang, C.; Chen, L. G.; Zhang, L.; Liao, Y.; Aizpurua, J.; Luo, Y.; Yang, J. L.; Hou, J. G. Nature 2013, 498, 82-6 10.1038/nature12151
20. Klingsporn, J. M.; Jiang, N.; Pozzi, E. A.; Sonntag, M. D.; Chulhai, D.; Seideman, T.; Jensen, L.; Hersam, M. C.; Van Duyne, R. P. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 3881-7 10.1021/ja411899k
21. Artur, C.; Le Ru, E. C.; Etchegoin, P. G. J. Phys. Chem. Lett. 2011, 2, 3002-3005 10.1021/jz2013787
22. Pettinger, B.; Ren, B.; Picardi, G.; Schuster, R.; Ertl, G. Phys. Rev. Lett. 2004, 92, 096101 10.1103/PhysRevLett.92.096101
23. Yampolsky, S.; Fishman, D. A.; Dey, S.; Hulkko, E.; Banik, M.; Potma, E. O.; Apkarian, V. A. Nat. Photonics 2014, 8, 650-656 10.1038/nphoton.2014.143
24. Etchegoin, P. G.; Le Ru, E. C. Anal. Chem. 2010, 82, 2888-92 10.1021/ac9028888
25. Redfield, A. G. IBM J. Res. Dev. 1957, 1, 19-31 10.1147/rd.11.0019
26. Harris, C.; Shelby, R.; Cornelius, P. Phys. Rev. Lett. 1977, 38, 1415-1419 10.1103/PhysRevLett.38.1415
27. Shelby, R. M.; Harris, C. B.; Cornelius, P. A. J. Chem. Phys. 1979, 70, 34 10.1063/1.437197
28. Persson, B.; Ryberg, R. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1985, 32, 3586-3596 10.1103/PhysRevB.32.3586
29. Skinner, J. L.; Hsu, D. J. Phys. Chem. 1986, 90, 4931-4938 10.1021/j100412a013
30. Karavitis, M.; Kumada, T.; Goldschleger, I. U.; Apkarian, V. A. Phys. Chem. Chem. Phys. 2005, 7, 791 10.1039/b416143b
31. Albrecht, A. C. J. Chem. Phys. 1961, 34, 1476 10.1063/1.1701032
32. Lombardi, J. R.; Birke, R. L. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 734-742 10.1021/ar800249y
33. Baiardi, A.; Bloino, J.; Barone, V. J. Chem. Phys. 2014, 141, 114108 10.1063/1.4895534
34. Banik, M.; El-Khoury, P. Z.; Nag, A.; Rodriguez-Perez, A.; Guarrottxena, N.; Bazan, G. C.; Apkarian, V. A. ACS Nano 2012, 6, 10343-54 10.1021/nn304277n
35. El-Khoury, P. Z.; Hu, D.; Hess, W. P. J. Phys. Chem. Lett. 2013, 4, 3435-3439 10.1021/jz401838b
36. Moskovits, M. J. Chem. Phys. 1982, 77, 4408 10.1063/1.444442
37. Creighton, J. Surf. Sci. 1983, 124, 209-219 10.1016/0039-6028(83)90345-X
38. Hildebrandt, P.; Stockburger, M. J. Phys. Chem. 1984, 88, 5935-5944 10.1021/j150668a038
39. Campion, A.; Kambhampati, P. Chem. Soc. Rev. 1998, 27, 241 10.1039/a827241z
40. Osawa, M.; Matsuda, N.; Yoshii, K.; Uchida, I. J. Phys. Chem. 1994, 98, 12702-12707 10.1021/j100099a038
41. Chaigneau, M.; Picardi, G.; Ossikovski, R. Int. J. Mol. Sci. 2011, 12, 1245-58 10.3390/ijms12021245
42. Moore, A. A.; Jacobson, M. L.; Belabas, N.; Rowlen, K. L.; Jonas, D. M. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 7292-7293 10.1021/ja043651u
43. Sonntag, M. D.; Chulhai, D.; Seideman, T.; Jensen, L.; Van Duyne, R. P. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 17187-17192 10.1021/ja408758j
44. Surovtsev, N. V.; Malinovsky, V. K.; Boldyreva, E. V. J. Chem. Phys. 2011, 134, 045102 10.1063/1.3524342
45. Kim, Y. S.; Hochstrasser, R. M. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 8231-51 10.1021/jp8113978
46. Rey, R.; Møller, K. B.; Hynes, J. T. Chem. Rev. 2004, 104, 1915-28 10.1021/cr020675f
47. Moritsugu, K.; Miyashita, O.; Kidera, A. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 3309-3317 10.1021/jp027823q
48. Vojta, D.; Baranović, G. Vib. Spectrosc. 2010, 52, 178-187 10.1016/j.vibspec.2010.01.014
49. Bian, Q.; Bose, S.; Shukla, R. J. Phys. Chem. Solids 2008, 69, 168-181 10.1016/j.jpcs.2007.08.046
50. Kasyanenko, V. M.; Keiffer, P.; Rubtsov, I. V. J. Chem. Phys. 2012, 136, 144503 10.1063/1.3702847
51. Rector, K. D.; Fayer, M. D. Int. Rev. Phys. Chem. 1998, 17, 261-306 10.1080/014423598230063
52. Hoggard, A.; Wang, L.-Y.; Ma, L.; Fang, Y.; You, G.; Olson, J.; Liu, Z.; Chang, W.-S.; Ajayan, P. M.; Link, S. ACS Nano 2013, 7, 11209-11217 10.1021/nn404985h
53. Streit, J. K.; Bachilo, S. M.; Sanchez, S. R.; Lin, C.-W.; Weisman, R. B. J. Phys. Chem. Lett. 2015, 6, 3976-3981 10.1021/acs.jpclett.5b01835
54. Ha, T.; Enderle, T.; Ogletree, D. F.; Chemla, D. S.; Selvin, P. R.; Weiss, S. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1996, 93, 6264-6268 10.1073/pnas.93.13.6264
55. Kleinman, S. L.; Ringe, E.; Valley, N.; Wustholz, K. L.; Phillips, E.; Scheidt, K. A.; Schatz, G. C.; Van Duyne, R. P. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 4115-22 10.1021/ja110964d
56. Dieringer, J. A.; Lettan, R. B.; Scheidt, K. A.; Van Duyne, R. P. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 16249-56 10.1021/ja077243c
57. Sonntag, M. D.; Klingsporn, J. M.; Garibay, L. K.; Roberts, J. M.; Dieringer, J. A.; Seideman, T.; Scheidt, K. A.; Jensen, L.; Schatz, G. C.; Van Duyne, R. P. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 478-483 10.1021/jp209982h
58. Tallarida, N.; Rios, L.; Apkarian, V. A.; Lee, J. Nano Lett. 2015, 15, 6386 10.1021/acs.nanolett.5b01543
59. Taylor, R. W.; Benz, F.; Sigle, D. O.; Bowman, R. W.; Bao, P.; Roth, J. S.; Heath, G. R.; Evans, S. D.; Baumberg, J. J. Sci. Rep. 2014, 4, 5940 10.1038/srep05940
60. Gao, X.; Davies, J. P.; Weaver, M. J. J. Phys. Chem. 1990, 94, 6858-6864 10.1021/j100380a059
61. Mirjani, F.; Thijssen, J. M.; Ratner, M. A. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 23120-23129 10.1021/jp307703t
62. Neacsu, C. C.; Steudle, G. A.; Raschke, M. B. Appl. Phys. B: Lasers Opt. 2005, 80, 295-300 10.1007/s00340-005-1748-y
63. Karrai, K.; Grober, R. D. Ultramicroscopy 1995, 61, 197-205 10.1016/0304-3991(95)00104-2
64. Kravtsov, V.; Berweger, S.; Atkin, J. M.; Raschke, M. B. Nano Lett. 2014, 14, 5270-5275 10.1021/nl502297t
65. Sackrow, M.; Stanciu, C.; Lieb, M. A.; Meixner, A. J. ChemPhysChem 2008, 9, 316-20 10.1002/cphc.200700723
66. Zhang, D.; Wang, X.; Braun, K.; Egelhaaf, H.-J.; Fleischer, M.; Hennemann, L.; Hintz, H.; Stanciu, C.; Brabec, C. J.; Kern, D. P.; Meixner, A. J. J. Raman Spectrosc. 2009, 40, 1371-1376 10.1002/jrs.2411
67. Kihm, H. W.; Kim, J.; Koo, S.; Ahn, J.; Ahn, K.; Lee, K.; Park, N.; Kim, D.-S. Opt. Express 2013, 21, 5625-33 10.1364/OE.21.005625