Uit het laboratorium: het Raman-effect effectiever gebruiken om kleine deeltjes te bestuderen

Hoewel Raman-verstrooiing een zeer effectieve manier is om informatie over het te observeren object te verkrijgen, is het ook een extreem zwak fenomeen.

De Raman Scattering is vernoemd naar Nobelprijswinnaar Sir CV Raman. (Express Archief)

Submicrondeeltjes, zoals moleculen, zijn te klein om te zien. Wetenschappers gebruiken verschillende methoden om ze indirect te observeren en hun eigenschappen te bestuderen. Een van deze methoden is het bestuderen van lichtstralen die door deze deeltjes worden verstrooid.

Licht kan op verschillende manieren met een object interageren - het wordt gereflecteerd, gebroken, doorgelaten of geabsorbeerd in verschillende maten, afhankelijk van het object waarmee het interageert. Over het algemeen wordt licht, wanneer het in wisselwerking staat met een object, willekeurig in alle richtingen verstrooid.

Als het object in kwestie erg klein is, met een schaal van enkele nanometers (een miljardste van een meter) of minder, gaat het meeste licht dat erop valt ongestoord mee, zonder rekening te houden met het deeltje. Dit komt omdat deze deeltjes kleiner zijn dan de golflengte van licht en daarom niet sterk interageren met lichtgolven. Heel af en toe, niet meer dan een paar keer op een miljard, interageren lichtgolven met het deeltje. Het detecteren van deze verstrooide lichtgolven kan zeer belangrijke informatie opleveren over de deeltjes waarmee licht een wisselwerking heeft gehad.

Een van de dingen die wetenschappers bestuderen, is of het verstrooide licht dezelfde energie heeft als voordat het het deeltje raakte, of dat er een verandering in energieniveaus was. Met andere woorden, of de interactie elastisch of inelastisch was.

Een bepaald type inelastische verstrooiing, waarbij een verandering in de energie van het licht wordt bewerkstelligd als gevolg van de trillingen van het molecuul of materiaal dat wordt geobserveerd, wat leidt tot een daaruit voortvloeiende verandering in golflengte, is Raman-verstrooiing (of Raman-effect) - genoemd naar de natuurkundige Sir CV Raman die het in de jaren twintig ontdekte en waarvoor hij in 1930 de Nobelprijs won.

Hoewel Raman-verstrooiing een zeer effectieve manier is om informatie over het te observeren object te verkrijgen, is het ook een extreem zwak fenomeen. Dr. GV Pavan Kumar en zijn team van het Indian Institute of Science Education and Research (IISER), Pune, proberen al enkele jaren manieren te vinden om de effecten van zowel Raman- als elastische verstrooiing te versterken, zodat de verschijnselen kunnen gemakkelijker te bestuderen zijn. Ze hebben gekeken naar het vergroten van het aantal lichtgolven dat Raman-verstrooiing ondergaat, en ook om de verstrooide golven in een bepaalde richting uit te lijnen, zodat ze allemaal kunnen worden opgepikt door een sensor of detector.

In een recent artikel in Nano Letters rapporteerden Dr. Pavan Kumar en zijn team hoe ze dit bereikten door innovatief gebruik te maken van speciale eigenschappen van metalen op nanoschaal. Het metaal dat ze veel gebruikten was zilver. Een nano-zilverdraad gekoppeld aan de laag moleculen die wordt geobserveerd, liet zeer interessante resultaten zien. Afgezien van het versterken van de sterkte van Raman Scattering, fungeerde de zilverdraad als een golfgeleiderantenne, die de verstrooide golven onder een bepaalde hoek richtte. Het effect werd nog sterker toen de opstelling op een gouden nanofilm werd geplaatst.

Om er zeker van te zijn dat ze het verstrooide licht alleen van het gewenste molecuul bestudeerden en niet van het zilverdraad of de goudfolie, namen de onderzoekers metingen van het verstrooide licht van elk van de afzonderlijke materialen voordat ze werden gecombineerd. Het team ontwierp en bouwde een speciale microscoop, Fourier Plane Raman Scattering-microscoop genaamd, om de verbetering van Raman Scattering te meten en om de exacte richting te detecteren waaruit de verstrooide lichtgolven voortkwamen.

De signalen die door de microscoop worden ontvangen, kunnen zeer goede informatie geven over de trillingsbeweging van moleculen in nanoholtes, hun oriëntaties ten opzichte van elkaar en de hoekverdeling van het verstrooide licht met hoge nauwkeurigheid en precisie. Dr. Pavan Kumar en zijn team gaan door met hun studies om te zien hoe deze experimenten kunnen worden aangepast om nog betere resultaten te krijgen tot aan de gevoeligheid van één molecuul.

joe jonas nettowaarde

Ze extrapoleren ook de Fourier-microscopiemethoden naar elastische en niet-lineaire lichtverstrooiing om de structuur en dynamiek van zachte materie zoals colloïden, vloeibare kristallen en actieve materie te bestuderen, die conceptuele verbindingen heeft met biologische cellen, membranen en weefsels.

Deel Het Met Je Vrienden: