표면증강 라만 분광법(SERS)은 표적 화합물의 라만 신호를 증강함으로써 분자를 정밀하게 식별할 수 있게 한다. 이러한 증강은 국소 표면 플라즈몬 공명이 전자기 핫스팟을 형성하는 적절한 나노구조 위에 라만 활성 분자가 존재할 때에 의존한다. 본 논문은 플라즈마–폴리머–플루오로카본(PPFC) 박막 내에서 스퍼터링 파워 밀도를 조절하여 Ag 및 Cu 나노입자의 분포를 정밀하게 제어하고, SERS 성능을 향상시키는 방법을 제안한다. 우리는 서로 다른 중간 범위의 주파수 스퍼터링 밀도에서 스퍼터링하여 Ag–Cu 나노복합체 PPFC(CAP) 박막을 제조하였으며, 그 결과 광 흡수 파장과 Ag/Cu 비의 변화가 나타났고, 이는 X선 광전자 분광분석으로 확인하였다. 무색소(라호다민 6G, rhodamine 6G)를 이용한 SERS 측정에서는 최대 10 8 의 증강인자(EF)가 관찰되었으며, 원자힘현미경으로 특성화한 나노구조에 기초한 유한차분시간영역(finite-difference time-domain, FDTD) 시뮬레이션이 이를 추가로 뒷받침하였다. 준비된 CAP 박막을 오염된 표면에 적용하고, 현장 진단(point-of-care) 검출을 위한 라만 신호 증강 능력을 평가하였다. 두꺼운 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기판의 흡수로 인해 EF가 감소하였음에도 불구하고, 박막은 식별 가능한 라만 신호를 생성하였다. 본 연구는 CAP 박막이 유연하고, 밀접하게 통합되며, 고도로 민감한 SERS 활성 기판을 형성할 잠재력이 있음을 보여준다.

표면증강 라만 분광법(SERS)은 표적 화합물의 라만 신호를 증강함으로써 분자를 정밀하게 식별할 수 있게 한다. 이러한 증강은 국소 표면 플라즈몬 공명이 전자기 핫스팟을 형성하는 적절한 나노구조 위에 라만 활성 분자가 존재할 때에 의존한다. 본 논문은 플라즈마–폴리머–플루오로카본(PPFC) 박막 내에서 스퍼터링 파워 밀도를 조절하여 Ag 및 Cu 나노입자의 분포를 정밀하게 제어하고, SERS 성능을 향상시키는 방법을 제안한다. 우리는 서로 다른 중간 범위의 주파수 스퍼터링 밀도에서 스퍼터링하여 Ag–Cu 나노복합체 PPFC(CAP) 박막을 제조하였으며, 그 결과 광 흡수 파장과 Ag/Cu 비의 변화가 나타났고, 이는 X선 광전자 분광분석으로 확인하였다. 무색소(라호다민 6G, rhodamine 6G)를 이용한 SERS 측정에서는 최대 10 8 의 증강인자(EF)가 관찰되었으며, 원자힘현미경으로 특성화한 나노구조에 기초한 유한차분시간영역(finite-difference time-domain, FDTD) 시뮬레이션이 이를 추가로 뒷받침하였다. 준비된 CAP 박막을 오염된 표면에 적용하고, 현장 진단(point-of-care) 검출을 위한 라만 신호 증강 능력을 평가하였다. 두꺼운 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기판의 흡수로 인해 EF가 감소하였음에도 불구하고, 박막은 식별 가능한 라만 신호를 생성하였다. 본 연구는 CAP 박막이 유연하고, 밀접하게 통합되며, 고도로 민감한 SERS 활성 기판을 형성할 잠재력이 있음을 보여준다.

우리는 새로 합성된 탄소 동소체인 비페닐렌(biphenylene) 네트워크에서의 새로운 밴드 엔지니어링 기법을 제안한다. 먼저, 완전한(프리스틴) 비페닐렌 네트워크에서 제2형(타입 II) 디랙 페르미온이 출현하는 메커니즘을 조사한다. 필수 구성 요소는 거울 대칭(mirror symmetries)과 파괴적 간섭을 통한 조밀 국소화 고유상태(compact localized eigenstates)의 안정화임을 보인다. 전자는 고대칭 선(high symmetry lines)들을 따라 밴드 교차점에 사용되며, 후자는 얻어진 디랙 분산을 매우 강하게 경사지게 한다. 다음으로, 비페닐렌 네트워크를 여러 방식으로 불소화(fluorination)하여, 제1형(타입 I) 디랙, 에너지 갭이 존재하는 gapped 제2형(타입 II) 디랙, 그리고 노달 선 반금속(nodal line semimetals) 등 다른 여러 종류의 디랙 페르미온이 개발될 수 있음을 시연한다. 이 연구에서 핵심 역할을 하는 것은 불소 원자이며, 이는 파괴적 간섭의 조건과 거울 대칭을 조작한다.

새로 합성된 탄소 동소체인 비페닐렌 네트워크(biphenylene network)에서 밴드 엔지니어링(band engineering) 방식을 제안한다. 주기적 플루오린화(periodic fluorination)를 통해 파동함수의 대칭성과 파괴적 간섭에 영향을 주는 조건을 제어하면 비페닐렌 네트워크의 전자 구조가 크게 달라질 수 있음을 보여준다. 먼저, 무결정(pristine) 비페닐렌 네트워크에서 제2형(type-II) 디랙 페르미언(Dirac fermion)이 나타나는 메커니즘을 규명한다. 핵심 요소는 (i) 거울 대칭(mirror symmetries)과 (ii) 파괴적 간섭을 통한 조밀 국소화(compact localized) 고유상태의 안정화임을 입증한다. 전자는 고대칭(high symmetry) 선을 따라 밴드 교차점(band-crossing point)에 사용되며, 후자는 매우 경사지게 기울어진 디랙 분산(highly inclined Dirac dispersions)을 유도한다. 이어서 거울 대칭의 고의적 교란 또는 플루오린 원자 농도의 변화에 따른 파괴적 간섭의 조절을 통해 비페닐렌 네트워크의 제2형 디랙 준금속(type-II Dirac semimetal) 상이 제1형(type-I) 디랙, 절흔이 생긴(gapped) 제2형 디랙(gapped type-II Dirac), 그리고 노달 선 준금속(nodal line semimetals) 등 다양한 디랙 상으로 전환됨을 보여준다.