探测原子振动可提供局部结构与化学键合的细节信息，而这些因素与材料性质密切相关。尖端增强拉曼光谱（TERS）通过将激光与尖锐金属探针结合，把电磁场聚焦在极小体积内，使振动信号的空间分辨率提升至埃级（10^-10 米）尺度，从而具备对单分子或金属表面缺陷进行振动成像的能力。
物质结构与动力学马克斯·普朗克研究所（MPSD）的 Krystof Brezina、Mariana Rossi 与聚合物研究马克斯·普朗克研究所（MPIP）的 Yair Litman 近日在《ACS Nano》发表研究称，要可靠解读如此高分辨率的 TERS 图像，现实且可预测的第一性原理模拟不可或缺。研究团队提出了一种计算方法，可在仅依赖量子力学基本定律的前提下，高效模拟包含数百个原子的现实尺寸体系的 TERS 信号。
研究指出，传统实验测量往往对大量原子信号进行平均，空间分辨率受限；而在 TERS 的埃级成像条件下，实验者难以在观测中区分不同环境因素对信号的影响，因此需要理论模型将测得信号与原子尺度运动建立对应关系。团队同时表示，以往建模中常见的简化处理——例如将分子视为孤立体系，或用小尺寸簇结构近似材料表面——可能导致对 TERS 图像的解释出现偏差。
基于模拟结果，研究团队给出多项与环境效应相关的结论：其一，TERS 对局部环境对称性高度敏感，可用于识别二维材料中的局部缺陷；其二，金属表面的电子屏蔽会显著改变涉及垂直于支撑表面方向运动的分子振动成像，而主要限制在分子平面内的振动受影响相对较小。
Rossi 在研究中表示，TERS 图像常被解读为原子运动的直接映射，但模拟显示表面的电子响应可能主导信号，从而改变图像所代表的物理含义。Brezina 则指出，研究揭示了原子之间的空间非局域相互作用可能显著影响空间中特定点的 TERS 信号，这意味着图像中最亮区域未必对应最大的原子位移。
研究团队认为，实现更现实且具预测性的模拟有助于提升纳米尺度 TERS 图像的解释质量，并可为表面科学相关研究提供支撑，应用方向包括基因组测序、材料表征、分子尺度器件设计，以及对绿色能源生成相关的表面催化反应进行原位监测等。
