Từ Phòng thí nghiệm: Sử dụng Hiệu ứng Raman hiệu quả hơn để nghiên cứu các hạt nhỏ

Trong khi Tán xạ Raman là một cách rất hiệu quả để thu được một số thông tin về đối tượng được quan sát, nó cũng là một hiện tượng cực kỳ yếu.

Raman Scattering được đặt theo tên của người đoạt giải Nobel Sir C V Raman. (Lưu trữ nhanh)

Các hạt siêu nhỏ, chẳng hạn như phân tử, quá nhỏ để có thể nhìn thấy được. Các nhà khoa học sử dụng các phương pháp khác nhau để quan sát gián tiếp chúng và nghiên cứu các đặc tính của chúng. Một trong những phương pháp này là nghiên cứu các tia sáng bị tán xạ bởi các hạt này.

Ánh sáng có thể tương tác với một vật thể theo những cách khác nhau - nó bị phản xạ, khúc xạ, truyền đi hoặc hấp thụ theo các biện pháp khác nhau, tùy thuộc vào vật thể mà nó đang tương tác. Nói chung, ánh sáng, khi nó tương tác với một vật thể, ngẫu nhiên bị phân tán theo mọi hướng.

Khi vật thể được đề cập là rất nhỏ, cỡ vài nanomet (một phần tỷ mét) hoặc nhỏ hơn, hầu hết ánh sáng tới nó sẽ không bị xáo trộn, không để ý đến hạt. Điều này là do những hạt này nhỏ hơn bước sóng ánh sáng và do đó, không tương tác mạnh với sóng ánh sáng. Tuy nhiên, rất thỉnh thoảng, không quá vài lần trong một tỷ, sóng ánh sáng tương tác với hạt. Việc phát hiện các sóng ánh sáng phân tán này có thể cung cấp một số thông tin rất quan trọng về hạt mà ánh sáng đã tương tác.

Một trong những điều mà các nhà khoa học nghiên cứu là liệu ánh sáng tán xạ có cùng năng lượng với nó trước khi va vào hạt hay không, hoặc liệu có sự thay đổi mức năng lượng hay không. Nói cách khác, liệu tương tác là đàn hồi hay không đàn hồi.

Một loại tán xạ không đàn hồi cụ thể, trong đó sự thay đổi năng lượng của ánh sáng được thực hiện do dao động của phân tử hoặc vật liệu được quan sát, dẫn đến sự thay đổi do đó trong bước sóng, là tán xạ Raman (hay Hiệu ứng Raman) - được đặt tên theo nhà vật lý học Sir CV Raman, người đã phát hiện ra nó vào những năm 1920 và ông đã giành được giải Nobel vào năm 1930.

Trong khi Tán xạ Raman là một cách rất hiệu quả để thu được một số thông tin về đối tượng được quan sát, nó cũng là một hiện tượng cực kỳ yếu. Trong vài năm nay, Tiến sĩ GV Pavan Kumar và nhóm của ông tại Viện Nghiên cứu và Giáo dục Khoa học Ấn Độ (IISER), Pune, đã cố gắng tìm cách tăng cường ảnh hưởng của cả tán xạ Raman và đàn hồi, để các hiện tượng có thể được nghiên cứu dễ dàng hơn. Họ đã xem xét việc tăng số lượng sóng ánh sáng trong quá trình tán xạ Raman, và cũng sắp xếp các sóng phân tán theo một hướng cụ thể để tất cả chúng có thể được thu nhận bằng cảm biến hoặc máy dò.

Trong một bài báo gần đây trên tạp chí Nano Letters, Tiến sĩ Pavan Kumar và nhóm của ông đã báo cáo cách họ đạt được điều này thông qua việc sử dụng sáng tạo các đặc tính đặc biệt của kim loại ở quy mô nano. Kim loại mà họ sử dụng rộng rãi là bạc. Một sợi dây nano bạc được kết hợp với lớp phân tử đang được quan sát cho thấy những kết quả rất thú vị. Ngoài việc tăng cường sức mạnh của tán xạ Raman, dây bạc hoạt động giống như một ăng-ten dẫn sóng, hướng các sóng phân tán theo một góc cụ thể. Hiệu quả được tăng cường hơn nữa khi thiết lập được đặt trên một màng nano vàng.

Để đảm bảo rằng họ chỉ nghiên cứu ánh sáng tán xạ từ phân tử mong muốn chứ không phải từ dây bạc hoặc lá vàng, những người thí nghiệm đã đọc các kết quả về ánh sáng tán xạ từ từng vật liệu riêng lẻ trước khi kết hợp chúng. Nhóm nghiên cứu đã thiết kế và chế tạo một kính hiển vi đặc biệt, được gọi là kính hiển vi tán xạ Fourier Plane Raman, để đo mức độ tăng cường của tán xạ Raman, cũng như phát hiện hướng chính xác mà từ đó các sóng ánh sáng phân tán xuất hiện.

Các tín hiệu mà kính hiển vi nhận được có thể cung cấp thông tin rất tốt về chuyển động dao động của các phân tử trong khoang nano, hướng của chúng đối với nhau và sự phân bố góc của ánh sáng tán xạ với độ chính xác và độ chính xác cao. Tiến sĩ Pavan Kumar và nhóm của ông đang tiếp tục nghiên cứu để xem những thí nghiệm này có thể được điều chỉnh như thế nào để có được kết quả tốt hơn đối với độ nhạy của một phân tử.

Ngoài ra, họ đang ngoại suy các phương pháp hiển vi Fourier thành tán xạ ánh sáng đàn hồi và phi tuyến để nghiên cứu cấu trúc và động lực học của vật chất mềm như chất keo, tinh thể lỏng và vật chất hoạt động, có các mối liên hệ khái niệm với tế bào, màng và mô sinh học.

Chia Sẻ VớI BạN Bè CủA BạN: