Del laboratori: ús de l'efecte Raman de manera més eficaç per estudiar partícules petites - Setembre 2022

Tot i que la dispersió Raman és una manera molt eficaç d'obtenir informació sobre l'objecte sota observació, també és un fenomen extremadament feble.

La dispersió Raman rep el nom del premi Nobel Sir C V Raman. (Arxiu exprés)

Les partícules submicròniques, com les molècules, són massa petites per ser vistes. Els científics utilitzen diferents mètodes per observar-los indirectament i estudiar-ne les propietats. Un d'aquests mètodes és estudiar els raigs de llum que es dispersen per aquestes partícules.



La llum pot interactuar amb un objecte de diferents maneres: es reflecteix, es refracta, es transmet o s'absorbeix en diferents mesures, depenent de l'objecte amb el qual interacciona. En general, la llum, quan interacciona amb un objecte, es dispersa aleatòriament en totes direccions.

Quan l'objecte en qüestió és molt petit, de l'escala d'uns pocs nanòmetres (una mil·milionèsima part d'un metre) o menys, la major part de la llum que hi incideix passa sense ser molestada, sense tenir en compte la partícula. Això es deu al fet que aquestes partícules són més petites que la longitud d'ona de la llum i, per tant, no interaccionen fortament amb les ones de llum. Molt ocasionalment, però, no més d'unes poques vegades en mil milions, les ones de llum interaccionen amb la partícula. La detecció d'aquestes ones de llum dispersa pot proporcionar informació molt important sobre la partícula amb la qual ha interaccionat la llum.





Una de les coses que estudien els científics és si la llum dispersa té la mateixa energia que tenia abans de colpejar la partícula, o si hi va haver un canvi en els nivells d'energia. En altres paraules, si la interacció era elàstica o inelàstica.

Un tipus particular de dispersió inelàstica, en què s'efectua un canvi en l'energia de la llum a causa de les vibracions de la molècula o material sota observació, que condueix a un canvi consegüent en la longitud d'ona, és la dispersió Raman (o Efecte Raman), anomenada així. el físic Sir CV Raman que el va descobrir als anys 20, i pel qual va guanyar el Premi Nobel el 1930.



Tot i que la dispersió Raman és una manera molt eficaç d'obtenir informació sobre l'objecte sota observació, també és un fenomen extremadament feble. Des de fa uns quants anys, el Dr. GV Pavan Kumar i el seu equip de l'Institut Indi d'Educació i Investigació Científica (IISER), Pune, han estat tractant de buscar maneres de millorar els efectes tant de Raman com de la dispersió elàstica, de manera que els fenòmens puguin estudiar amb més facilitat. Han estat buscant augmentar el nombre d'ones de llum que pateixen la dispersió Raman i també alinear les ones disperses en una direcció determinada perquè totes puguin ser captades per un sensor o detector.



En un article recent a Nano Letters, el doctor Pavan Kumar i el seu equip van informar de com ho van aconseguir mitjançant l'ús innovador de propietats especials dels metalls a nanoescales. El metall que utilitzaven àmpliament era la plata. Un nanofil de plata acoblat amb la capa de molècules sota observació va mostrar resultats molt interessants. A part de millorar la força de la dispersió Raman, el cable de plata va actuar com una antena de guia d'ones, dirigint les ones disperses en un angle determinat. Es va veure que l'efecte es va reforçar encara més quan la configuració es va col·locar en una nanopel·lícula d'or.


joey diaz patrimoni net

Per assegurar-se que estaven estudiant la llum dispersa només de la molècula desitjada i no del fil de plata o la làmina d'or, els experimentadors van fer lectures de la llum dispersa de cadascun dels materials individuals abans de combinar-los. L'equip va dissenyar i va construir un microscopi especial, anomenat Fourier Plane Raman Scattering microscope, per mesurar la millora de la dispersió Raman, així com per detectar la direcció exacta de la qual van sorgir les ones de llum disperses.



Els senyals rebuts pel microscopi poden donar molt bona informació sobre el moviment vibracional de les molècules a la nanocavitat, les seves orientacions entre si i la distribució angular de la llum dispersa amb gran precisió i precisió. El doctor Pavan Kumar i el seu equip continuen amb els seus estudis per veure com es poden ajustar aquests experiments per obtenir resultats encara millors fins a la sensibilitat d'una sola molècula.

A més, estan extrapolant els mètodes de microscòpia de Fourier a la dispersió de la llum elàstica i no lineal per estudiar l'estructura i la dinàmica de la matèria tova com els col·loides, els cristalls líquids i la matèria activa, que té connexions conceptuals amb cèl·lules biològiques, membranes i teixits.