A laborból: A Raman-effektus hatékonyabb használata apró részecskék tanulmányozására

Bár a Raman-szórás nagyon hatékony módja annak, hogy információt szerezzünk a megfigyelt objektumról, ez egyben rendkívül gyenge jelenség is.

A Raman-szórást a Nobel-díjas Sir C V Ramanról nevezték el. (Expressz archívum)

A mikron alatti részecskék, például a molekulák túl kicsik ahhoz, hogy láthatóak legyenek. A tudósok különböző módszereket alkalmaznak ezek közvetett megfigyelésére és tulajdonságaik tanulmányozására. Az egyik ilyen módszer az ezen részecskék által szórt fénysugarak tanulmányozása.

A fény különböző módon léphet kölcsönhatásba egy tárggyal – visszaverődik, megtörik, áthalad vagy elnyelődik, attól függően, hogy milyen objektummal van kölcsönhatásban. Általában a fény, amikor kölcsönhatásba lép egy tárggyal, véletlenszerűen szóródik minden irányba.

Ha a szóban forgó tárgy nagyon kicsi, néhány nanométeres (a méter egymilliárd része) vagy ennél kisebb léptékű, a rá eső fény nagy része zavartalanul halad tovább, nem veszi figyelembe a részecskét. Ez azért van, mert ezek a részecskék kisebbek, mint a fény hullámhossza, és ezért nem lépnek erős kölcsönhatásba a fényhullámokkal. Nagyon alkalmanként azonban, legfeljebb egymilliárdban, a fényhullámok kölcsönhatásba lépnek a részecskével. Ezeknek a szórt fényhullámoknak az észlelése nagyon fontos információkkal szolgálhat a részecskékről, amelyekkel a fény kölcsönhatásba lép.

Az egyik dolog, amit a tudósok vizsgálnak, az az, hogy a szórt fénynek ugyanolyan energiája van-e, mint a részecskék becsapódása előtt, vagy változott-e az energiaszint. Más szóval, hogy a kölcsönhatás rugalmas vagy rugalmatlan volt-e.

A rugalmatlan szórás egyik sajátos típusa, amelyben a megfigyelt molekula vagy anyag rezgései miatt a fény energiájában változás következik be, ami ennek következtében a hullámhossz változásához vezet, a Raman-szórás (vagy Raman-effektus) – a nevét kapta. Sir CV Raman fizikus, aki az 1920-as években fedezte fel, és ezért 1930-ban Nobel-díjat kapott.

Bár a Raman-szórás nagyon hatékony módja annak, hogy információt szerezzünk a megfigyelt objektumról, ez egyben rendkívül gyenge jelenség is. Dr. GV Pavan Kumar és csapata a pune-i Indiai Tudományos Oktatási és Kutatási Intézetben (IISER) már több éve próbálja keresni a módokat a Raman és a rugalmas szórás hatásának fokozására, hogy a jelenségek könnyebben tanulmányozható. Arra törekedtek, hogy növeljék a Raman-szórást átmenő fényhullámok számát, és a szórt hullámokat egy adott irányba igazítsák, hogy mindegyiket érzékelhesse egy érzékelő vagy detektor.

A Nano Letters legújabb cikkében Dr. Pavan Kumar és csapata beszámolt arról, hogyan érték el ezt a fémek speciális tulajdonságainak innovatív felhasználásával nano léptékben. A leggyakrabban használt fém ezüst volt. A megfigyelt molekularéteggel összekapcsolt nano ezüsthuzal nagyon érdekes eredményeket mutatott. A Raman-szórás erősségének növelése mellett az ezüsthuzal hullámvezető antennaként működött, és egy bizonyos szögben irányította a szórt hullámokat. A hatás tovább erősödött, amikor az összeállítást egy arany nanofilmre helyezték.

Annak biztosítására, hogy a szórt fényt csak a kívánt molekulától vizsgálják, és ne az ezüsthuzalról vagy az aranyfóliáról, a kísérletezők minden egyes anyagról leolvasták a szórt fényt, mielőtt egyesítették őket. A csapat egy speciális mikroszkópot, az úgynevezett Fourier Plane Raman Scattering mikroszkópot tervezett és építette meg a Raman-szórás fokozásának mérésére, valamint a szórt fényhullámok megjelenésének pontos irányának kimutatására.

A mikroszkóp által fogadott jelek nagyon jó információt tudnak adni a nanoüregben lévő molekulák rezgésmozgásáról, egymáshoz viszonyított orientációjáról, valamint a szórt fény szögeloszlásáról nagy pontossággal és pontossággal. Dr. Pavan Kumar és csapata folytatja tanulmányait, hogy kiderítse, hogyan lehet ezeket a kísérleteket úgy módosítani, hogy még jobb eredményeket érjenek el az egymolekulás érzékenységig.

Ezenkívül extrapolálják a Fourier-mikroszkópos módszereket rugalmas és nemlineáris fényszórásra, hogy tanulmányozzák a lágy anyagok, például kolloidok, folyadékkristályok és aktív anyagok szerkezetét és dinamikáját, amelyek fogalmi kapcsolatban állnak a biológiai sejtekkel, membránokkal és szövetekkel.

Oszd Meg A Barátaiddal: