Molecular spectroscopies with semiconductor metasurfaces: towards dual optical/chemical SERS
Source abstract
Abstract
Surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) has emerged as a powerful technique for the ultra-sensitive detection of molecules and has been widely applied in many fields, ranging from biomedical diagnostics and environmental monitoring to trace-level detection of chemical and biological analytes. While traditional metallic SERS substrates rely predominantly on electromagnetic field enhancement, emerging semiconductor SERS materials have attracted growing interest because they offer the additional advantage of simultaneous chemical and electromagnetic enhancements. Here, we review some of the recent advancements in the design and optimization of semiconductor SERS substrates, with a focus on their dual enhancement mechanisms. We also discuss the transition from nanoparticle-based platforms to more advanced nanoresonator-based SERS metasurfaces, highlighting their superior sensing performance.
Source: openalex_inverted_index · Quality: candidate unverified · Source record ↗
Research context
OpenAlex topics: Gold and Silver Nanoparticles Synthesis and Applications · Advanced biosensing and bioanalysis techniques · Plasmonic and Surface Plasmon Research
SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.
Affiliations
Chair in Hybrid Nanosystems, Nanoinstitute Munich, Faculty of Physics, Ludwig-Maximilians-Universität München, 80539 München, Germany
Funding
European Research Council · Deutsche Forschungsgemeinschaft · Center for NanoScience, Ludwig-Maximilians-Universität München · European Innovation Council and Small and Medium-sized Enterprises Executive Agency
References (100+)
Show source-provided references
1. Vo-Dinh · Sens. Actuators, B · 1995 · 29 · 18310.1016/0925-4005(95)01681-3 ↗
2. Bantz · Phys. Chem. Chem. Phys. · 2011 · 13 · 1155110.1039/c0cp01841d ↗
3. Ngo · Anal. Bioanal. Chem. · 2016 · 408 · 177310.1007/s00216-015-9121-4 ↗
4. Muhammad · Talanta · 2021 · 227 · 12218810.1016/j.talanta.2021.122188 ↗
5. Zhao · Sens. Actuators, B · 2021 · 331 · 12942810.1016/j.snb.2020.129428 ↗
6. Altug · Nat. Nanotechnol. · 2022 · 17 · 510.1038/s41565-021-01045-5 ↗
7. Bilal · Trends Food Sci. Technol. · 2024 · 147 · 10442810.1016/j.tifs.2024.104428 ↗
8. Kuzin · Appl. Phys. Lett. · 2024 · 124 · 06370110.1063/5.0190351 ↗
9. Porter · Chem. Soc. Rev. · 2008 · 37 · 100110.1039/b708461g ↗
10. Vo-Dinh · Wiley Interdiscip. Rev.:Nanomed. Nanobiotechnol. · 2015 · 7 · 17
11. Perumal · Nanoscale · 2020 · 13 · 55310.1039/D0NR06832B ↗
12. Jiang · Trends Food Sci. Technol. · 2021 · 112 · 22510.1016/j.tifs.2021.04.006 ↗
13. Liu · Trends Food Sci. Technol. · 2022 · 128 · 9010.1016/j.tifs.2022.07.012 ↗
14. Zhao · Appl. Spectrosc. Rev. · 2024 · 59 · 15710.1080/05704928.2023.2168688 ↗
15. Smekal · Naturwissenschaften · 1923 · 11 · 87310.1007/BF01576902 ↗
16. Raman · Nature · 1928 · 122 · 1210.1038/122012b0 ↗
17. Freeman · Science · 1995 · 267 · 162910.1126/science.267.5204.1629 ↗
18. Schmidt · J. Chem. Phys. · 2004 · 121 · 1065710.1063/1.1799992 ↗
19. Talley · Nano Lett. · 2005 · 5 · 156910.1021/nl050928v ↗
20. Liu · Adv. Mater. · 2005 · 17 · 268310.1002/adma.200501064 ↗
21. Kuncicky · J. Mater. Chem. · 2006 · 16 · 120710.1039/B512734C ↗
22. Gopinath · Nano Lett. · 2009 · 9 · 392210.1021/nl902134r ↗
23. Wang · Nat. Nanotechnol. · 2018 · 13 · 15910.1038/s41565-017-0017-7 ↗
24. Haes · MRS Bull. · 2005 · 30 · 36810.1557/mrs2005.100 ↗
25. Ward · Nano Lett. · 2007 · 7 · 139610.1021/nl070625w ↗
26. Ding · Nat. Rev. Mater. · 2016 · 1 · 1602110.1038/natrevmats.2016.21 ↗
27. Jeon · Nano Converg. · 2016 · 3 · 1810.1186/s40580-016-0078-6 ↗
28. Banholzer · Chem. Soc. Rev. · 2008 · 37 · 88510.1039/b710915f ↗
29. Li · Nat. Commun. · 2022 · 13 · 524910.1038/s41467-022-32975-w ↗
30. Cao · Phys. Rev. Lett. · 2006 · 96 · 15740210.1103/PhysRevLett.96.157402 ↗
31. Yi · J. Appl. Phys. · 2007 · 101 · 06352810.1063/1.2450671 ↗
32. Caldarola · Nat. Commun. · 2015 · 6 · 791510.1038/ncomms8915 ↗
33. Romano · J. Phys. Chem. C · 2018 · 122 · 1973810.1021/acs.jpcc.8b03190 ↗
34. Hu · Adv. Opt. Mater. · 2024 · 12 · 230281210.1002/adom.202302812 ↗
35. Cambiasso · ACS Photonics · 2018 · 5 · 154610.1021/acsphotonics.7b01604 ↗
36. Hayashi · Phys. Rev. Lett. · 1988 · 60 · 108510.1103/PhysRevLett.60.1085 ↗
37. Lombardi · J. Phys. Chem. C · 2014 · 118 · 1112010.1021/jp5020675 ↗
38. Wang · Analyst · 2022 · 147 · 125710.1039/D1AN02165F ↗
39. Mie · Ann. Phys. · 1908 · 330 · 37710.1002/andp.19083300302 ↗
40. Cerjan · Phys. Rev. A · 2017 · 96 · 05180210.1103/PhysRevA.96.051802 ↗
41. Xu · Appl. Phys. Lett. · 2024 · 125 · 08170410.1063/5.0226837 ↗
42. Hsu · Nat. Rev. Mater. · 2016 · 1 · 1604810.1038/natrevmats.2016.48 ↗
43. Koshelev · Phys.-Usp. · 2023 · 66 · 49410.3367/UFNe.2021.12.039120 ↗
44. Tittl · Science · 2018 · 360 · 110510.1126/science.aas9768 ↗
45. Zhang · Nat. Commun. · 2017 · 8 · 1490310.1038/ncomms14903 ↗
46. Song · Chem. Sci. · 2021 · 13 · 121010.1039/D1SC05940H ↗
47. Norrod · Appl. Spectrosc. · 1996 · 51 · 99410.1366/0003702971941377 ↗
48. Ji · J. Raman Spectrosc. · 2016 · 47 · 5110.1002/jrs.4854 ↗
49. Frizyuk · Phys. Rev. B · 2018 · 97 · 08541410.1103/PhysRevB.97.085414 ↗
50. Ji · Angew. Chem. · 2019 · 131 · 1459410.1002/ange.201907283 ↗
51. Alessandri · Chem. Rev. · 2016 · 116 · 1492110.1021/acs.chemrev.6b00365 ↗
52. Magdy · Plasmonics · 2023 · 18 · 80310.1007/s11468-023-01807-y ↗
53. Yamamoto · J. Photochem. Photobiol., C · 2014 · 21 · 8110.1016/j.jphotochemrev.2014.10.001 ↗
54. Maier · Adv. Mater. · 2001 · 13 · 150110.1002/1521-4095(200110)13:19<1501::AID-ADMA1501>3.0.CO;2-Z ↗
55. Brongersma · Science · 2010 · 328 · 44010.1126/science.1186905 ↗
56. Moskovits · J. Chem. Phys. · 1978 · 69 · 415910.1063/1.437095 ↗
57. Kumar · J. Nanophotonics · 2012 · 6 · 110.1117/1.JNP.6.064503 ↗
58. Ru · Chem. Phys. Lett. · 2006 · 423 · 6310.1016/j.cplett.2006.03.042 ↗
59. Shahbazyan · Phys. Rev. Lett. · 2016 · 117 · 20740110.1103/PhysRevLett.117.207401 ↗
60. Jagathpriya · Nanotechnology · 2023 · 34 · 33550110.1088/1361-6528/acd4c7 ↗
61. Yoshida · Phys. Rev. B:Condens. Matter Mater. Phys. · 2010 · 81 · 11540610.1103/PhysRevB.81.115406 ↗
62. Kuznetsov · Science · 2016 · 354 · aag247210.1126/science.aag2472 ↗
63. Decker · J. Opt. · 2016 · 18 · 10300110.1088/2040-8978/18/10/103001 ↗
64. Zhukovsky · Phys. Rev. Lett. · 2015 · 115 · 17740210.1103/PhysRevLett.115.177402 ↗
65. Aguilar · Opt. Mater. Express · 2019 · 9 · 363810.1364/OME.9.003638 ↗
66. Lan · Nanomaterials · 2022 · 12 · 33010.3390/nano12030330 ↗
67. Kulikova · Opt. Express · 2020 · 28 · 3204910.1364/OE.405403 ↗
68. Hssi · Mater. Res. Express · 2020 · 7 · 01642410.1088/2053-1591/ab6772 ↗
69. Stelling · Sci. Rep. · 2017 · 7 · 4253010.1038/srep42530 ↗
70. Horcholle · Appl. Surf. Sci. · 2022 · 597 · 15371110.1016/j.apsusc.2022.153711 ↗
71. Hassanien · Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process. · 2018 · 124 · 75210.1007/s00339-018-2180-6 ↗
72. Minenkov · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2024 · 16 · 951710.1021/acsami.3c17923 ↗
73. Nunley · J. Vac. Sci. Technol., B:Nanotechnol. Microelectron.:Mater., Process., Meas., Phenom. · 2016 · 34 · 061205
74. Green · Sol. Energy Mater. Sol. Cells · 2008 · 92 · 130510.1016/j.solmat.2008.06.009 ↗
75. Yu Beliaev · Thin Solid Films · 2022 · 763 · 13956810.1016/j.tsf.2022.139568 ↗
76. Kawashima · J. Appl. Phys. · 1997 · 82 · 352810.1063/1.365671 ↗
77. Khmelevskaia · Appl. Phys. Lett. · 2021 · 118 · 20110110.1063/5.0048969 ↗
78. Madani · Braz. J. Phys. · 2021 · 51 · 116610.1007/s13538-021-00907-6 ↗
79. Suzuki · J. Appl. Phys. · 1995 · 77 · 124910.1063/1.358926 ↗
80. Ermolaev · Nanomaterials · 2021 · 12 · 14110.3390/nano12010141 ↗
81. Ozaki · Jpn. J. Appl. Phys. · 1993 · 32 · 500810.1143/JJAP.32.5008 ↗
82. V.Zhupanov , V.Fedoseev , M.Trubetskov , T.Amotchkina and A.Tikhonravov , Optical Systems Design, Advances in Optical Thin Films V, 2015 , 962706
83. Adachi · Phys. Rev. B:Condens. Matter Mater. Phys. · 1990 · 43 · 956910.1103/PhysRevB.43.9569 ↗
84. Treharne · J. Phys.: Conf. Ser. · 2011 · 286 · 012038
85. Ninomiya · J. Appl. Phys. · 1995 · 78 · 468110.1063/1.359815 ↗
86. Song · Appl. Surf. Sci. · 2018 · 439 · 107910.1016/j.apsusc.2018.01.051 ↗
87. Munkhbat · ACS Photonics · 2022 · 9 · 239810.1021/acsphotonics.2c00433 ↗
88. Grudinin · Mater. Horiz. · 2023 · 10 · 242710.1039/D3MH00215B ↗
89. J. L. G.Fierro , Metal Oxides, Chemistry and Applications , CRC Press , 1st edn, 200510.1201/9781420028126 ↗
90. F. I.Ezema , C. D.Lokhande and R.Jose , Chemically Deposited Nanocrystalline Metal Oxide Thin Films, Synthesis, Characterizations, and Applications , Springer , Cham , 202110.1007/978-3-030-68462-4 ↗
91. Qi · J. Am. Chem. Soc. · 2014 · 136 · 988610.1021/ja5052632 ↗
92. Alessandri · J. Am. Chem. Soc. · 2013 · 135 · 554110.1021/ja401666p ↗
93. Yang · J. Raman Spectrosc. · 2015 · 46 · 28710.1002/jrs.4645 ↗
94. Maznichenko · J. Phys. Chem. C · 2013 · 117 · 57810.1021/jp310193a ↗
95. Yang · Phys. Chem. Chem. Phys. · 2017 · 19 · 1873110.1039/C7CP03399K ↗
96. Yang · J. Phys. Chem. C · 2008 · 112 · 2009510.1021/jp8074145 ↗
97. Ji · Chem. Commun. · 2015 · 51 · 764110.1039/C5CC02395E ↗
98. Dong · J. Phys. Chem. C · 2020 · 124 · 2779010.1021/acs.jpcc.0c08793 ↗
99. Liu · ACS Appl. Nano Mater. · 2018 · 1 · 656310.1021/acsanm.8b01566 ↗
100. Islam · Am. J. Anal. Chem. · 2023 · 14 · 51910.4236/ajac.2023.1411030 ↗