라만 스펙트럼의 광발광 - 친구인가 적인가?

 라만 분광법에서 형광이라고도 하는 광발광(PL)은 종종 원치 않는 효과로 간주됩니다. 강한 PL 배경은 라만 피크를 가려 일부 샘플을 분석하기 매우 어렵게 만들 수 있습니다. PL이 라만 스펙트럼에 미치는 영향을 줄이는 방법은 여러 가지가 있지만, 일부 응용 분야에서는 PL이 매우 유용할 수 있습니다. PL 분광법은 라만에서는 얻을 수 없는 시료에 대한 전자 정보를 제공할 수 있으며, 이는 라만의 진동 정보를 보완하는 기술로서 경우에 따라서는 라만에서 얻을 수 없는 정보입니다.   

이 블로그에서는 전체 샘플 특성 분석을 위해 PL과 라만 분광법을 함께 사용할 수 있는 경우를 중점적으로 다룹니다. 두 기술이 제공하는 풍부한 정보 덕분에 적을 친구로 만들 수 있습니다.  

Key Points  

• 라만과 광발광은 동일한 하드웨어를 사용할 수 있으므로 라만 현미경은 하나의 기기가 두 가지가 됩니다.  
• 두 방법 모두 비접촉식 및 비파괴적이라는 이점이 있습니다. 
• 시료의 진동 및 전자 특성에 대한 신속한 특성 분석 
• 공초점 현미경은 미크론 이하의 공간 분해능으로 라만 및 PL 이미징을 제공합니다.

2D Materials  

이황화텅스텐(WS2)과 같은 2D 전이 금속 디칼코게나이드는 독특한 광학 및 전자 특성을 가진 새로운 물질의 한 종류입니다. 상관 라만 및 PL 이미징은 샘플 준비 없이도 매우 상세한 정보를 제공하는 데 사용할 수 있습니다. 2D 물질의 경우 동일한 레이저를 사용하여 하나의 스펙트럼에서 라만과 PL 정보를 모두 캡처할 수 있습니다. 라만 피크는 스펙트럼의 시작 부분에 발생하며, PL은 라만에서 충분히 멀리 떨어져 발생하므로 겹치지 않습니다(그림 1).  

Figure 1: Raman and PL spectrum obtained simultaneously on a WS2 crystal. Inset shows the false colour PL intensity image of the crystal 

라만 밴드는 층수 결정 및 변형 평가에 사용할 수 있습니다. PL 이미징은 층 수에 대한 추가 지원 데이터와 변형, 도핑 및 결함에 대한 정보를 추가합니다.  

RM5 라만 현미경이 2D 재료의 고해상도 이미징을 제공하는 방법에 대해 자세히 알아보세요: MoS2의 고해상도 라만 및 PL 이미징. 

Forensics  

법의학 실험실에서는 광범위한 샘플을 조사해야 하지만, 경우에 따라 이러한 샘플은 라만 분석이 불가능할 정도로 상당한 PL을 나타낼 수 있습니다. 하지만 샘플마다 다른 PL 방출을 보일 수 있기 때문에 라만 분광기가 끝났다는 의미는 아닙니다. 예를 들어, 위조의 경우 샘플은 형광체를 포함하고 있기 때문에 높은 PL 반응을 보일 가능성이 높습니다. 그림 2a는 숫자 8이 약간 의심스러워 보이는 문서 분석 사례를 보여줍니다. 원래 8이었던 것일까요, 아니면 변조된 것일까요? 

Figure 2: (a) white light image of an ink forgery sample, (b) false coloured PL image revealing 2 inks present in the sample and, (c) PL spectra extracted from the red and green areas of the map. 

사람의 눈에는 현미경으로 보더라도 숫자 8이 하나의 잉크 소스에서 나온 정품처럼 보입니다. 그러나 그림 2b에 표시된 PL 맵은 서로 다른 피크 파장을 기반으로 두 개의 서로 다른 잉크 소스를 명확하게 식별합니다. 그림 2c는 지도의 빨간색과 녹색 영역에서 추출한 PL 스펙트럼을 보여줍니다. 녹색으로 표시된 잉크가 PL 피크 위치의 차이를 이용해 3을 8로 바꾸기 위해 어떻게 적용되었는지 지도를 통해 확인할 수 있습니다.   

전체 애플리케이션 노트를 읽고 공초점 라만 현미경이 법의학 분석 분야에 어떻게 사용되는지 자세히 알아보세요: 법의학 수사를 위한 공초점 라만 및 광발광 현미경 검사법 

Geology

라만과 PL은 보석과 같은 지질 샘플을 연구하는 데 함께 사용할 수 있습니다. 이 두 가지를 함께 사용하면 존재하는 광물뿐만 아니라 도펀트나 불순물을 식별하는 데에도 사용할 수 있습니다. 한 가지 예로 산화알루미늄 또는 알루미나(Al2O3)로도 알려진 커런덤을 들 수 있습니다. 순수한 커런덤은 무색이지만, 일반적으로 전이 금속 불순물이 함유되어 있습니다. 이러한 불순물 덕분에 커런덤 암석은 루비와 사파이어와 같은 가장 가치 있는 보석으로 만들어집니다.  

라만은 호스트 Al2O3의 특성을 분석하는 데 사용할 수 있으며, PL은 전이 금속 불순물을 식별하는 데 사용됩니다. 예를 들어 크롬 불순물은 루비에서 볼 수 있는 강한 붉은색을 생성하며, 이는 쉽게 식별할 수 있는 중요한 PL 반응을 보입니다. 두 개의 PL 피크는 693.1nm와 694.5nm에서 발생하며, 불과 1.4nm 간격으로 라만 분광기가 좁은 PL 대역에 대해 제공할 수 있는 스펙트럼 분해능을 강조합니다(그림 3). 이러한 피크의 개별 위치는 Al2O3 결정의 변형을 나타내므로 이러한 피크를 해결하는 것이 중요합니다.  

Figure 3: PL spectrum of an Al2O3 crystal with Cr3+ impurities  

Find out about the capabilities of the RM5 Raman Microscope for gemstone identification: Gemstone Identification Using Raman Microscopy