От лабораторията: По-ефективно използване на ефекта на Раман за изследване на малки частици

Въпреки че рамановото разсейване е много ефективен начин за получаване на информация за обекта под наблюдение, то също е изключително слабо явление.

Рамановото разсейване е кръстено на Нобеловия лауреат сър Си Ви Раман. (Експресен архив)

Субмикронните частици, като молекулите, са твърде малки, за да се видят. Учените използват различни методи за косвено наблюдение и изследване на свойствата им. Един от тези методи е да се изследват светлинните лъчи, които се разпръскват от тези частици.

Светлината може да взаимодейства с обект по различни начини - тя се отразява, пречупва, предава или абсорбира в различни мерки, в зависимост от обекта, с който взаимодейства. По принцип светлината, когато взаимодейства с обект, се разпръсква произволно във всички посоки.

Когато въпросният обект е много малък, с мащаб от няколко нанометра (милиардна част от метъра) или по-малко, по-голямата част от падащата върху него светлина протича необезпокоявана, без да обръща внимание на частицата. Това е така, защото тези частици са по-малки от дължината на вълната на светлината и следователно не взаимодействат силно със светлинните вълни. Много понякога обаче, не повече от няколко пъти на милиард, светлинните вълни взаимодействат с частицата. Откриването на тези разпръснати светлинни вълни може да предостави много важна информация за частиците, с които е взаимодействала светлината.

Едно от нещата, които учените изследват, е дали разсеяната светлина има същата енергия, която е имала преди да удари частицата, или е имало промяна в енергийните нива. С други думи, дали взаимодействието е еластично или нееластично.

Един конкретен тип нееластично разсейване, при който промяна в енергията на светлината се извършва поради вибрациите на наблюдаваната молекула или материал, което води до последваща промяна в дължината на вълната, е Раманово разсейване (или Раманов ефект) - на името на физикът сър CV Раман, който го открива през 20-те години на миналия век и за което печели Нобелова награда през 1930 г.

Въпреки че рамановото разсейване е много ефективен начин за получаване на информация за обекта под наблюдение, то също е изключително слабо явление. Вече няколко години д-р GV Паван Кумар и неговият екип от Индийския институт за научно образование и изследвания (IISER), Пуна, се опитват да търсят начини за засилване на ефектите както от Рамановото, така и от еластичното разсейване, така че явленията да могат се изучават по-лесно. Те са търсили увеличаване на броя на светлинните вълни, подложени на Раманово разсейване, както и подравняване на разпръснатите вълни в определена посока, така че всички те да могат да бъдат уловени от сензор или детектор.

В скорошен документ в Nano Letters д-р Паван Кумар и неговият екип съобщават как са постигнали това чрез иновативно използване на специални свойства на метали в нано мащаби. Металът, който използвали широко, бил сребро. Нано сребърен проводник, съчетан със слоя от наблюдавани молекули, показа много интересни резултати. Освен че повишава силата на рамановото разсейване, сребърният проводник действаше като вълноводна антена, насочвайки разпръснатите вълни под определен ъгъл. Видя се, че ефектът се засилва допълнително, когато настройката беше поставена върху златен нано филм.

За да гарантират, че изучават разсеяната светлина само от желаната молекула, а не от сребърната тел или златното фолио, експериментаторите взеха показания на разсеяната светлина от всеки от отделните материали, преди да ги комбинират. Екипът проектира и изгради специален микроскоп, наречен микроскоп с Раманово разсейване на Фурие, за измерване на усилването на Рамановото разсейване, както и за откриване на точната посока, от която се появяват разпръснатите светлинни вълни.

Сигналите, получени от микроскопа, могат да дадат много добра информация за вибрационното движение на молекулите в нанокухината, тяхната ориентация една спрямо друга и ъгловото разпределение на разсеяната светлина с висока точност и прецизност. Д-р Паван Кумар и неговият екип продължават с проучванията си, за да видят как тези експерименти могат да бъдат настроени, за да получат още по-добри резултати до чувствителност на една молекула.

Освен това те екстраполират методите на микроскопията на Фурие към еластично и нелинейно разсейване на светлината, за да изследват структурата и динамиката на мека материя като колоиди, течни кристали и активна материя, която има концептуални връзки с биологични клетки, мембрани и тъкани.

Споделете С Приятелите Си: