No laboratorijas: efektīvāka Ramana efekta izmantošana sīku daļiņu pētīšanai - Jūlijs 2022

Lai gan Ramana izkliede ir ļoti efektīvs veids, kā iegūt informāciju par novērojamo objektu, tā ir arī ārkārtīgi vāja parādība.

Ramana izkliede ir nosaukta Nobela prēmijas laureāta sera C V Ramana vārdā. (Express arhīvs)

Submikronu daļiņas, piemēram, molekulas, ir pārāk mazas, lai tās varētu redzēt. Zinātnieki izmanto dažādas metodes, lai tās netieši novērotu un pētītu to īpašības. Viena no šīm metodēm ir pētīt gaismas starus, ko šīs daļiņas izkliedē.

Gaisma var mijiedarboties ar objektu dažādos veidos — atkarībā no objekta, ar kuru tā mijiedarbojas, tā tiek atspoguļota, laužta, pārraidīta vai absorbēta dažādos veidos. Kopumā gaisma, kad tā mijiedarbojas ar objektu, tiek nejauši izkliedēta visos virzienos.



Ja attiecīgais objekts ir ļoti mazs, dažu nanometru (metra miljardo daļu) vai mazāks, lielākā daļa uz to krītošās gaismas iet netraucēti, neievērojot daļiņu. Tas ir tāpēc, ka šīs daļiņas ir mazākas par gaismas viļņa garumu un tāpēc nav spēcīgas mijiedarbības ar gaismas viļņiem. Tomēr ļoti reizēm, ne vairāk kā dažas reizes no miljarda, gaismas viļņi mijiedarbojas ar daļiņu. Šo izkliedēto gaismas viļņu noteikšana var sniegt ļoti svarīgu informāciju par daļiņu gaismas mijiedarbību.

Viena no lietām, ko pēta zinātnieki, ir tas, vai izkliedētajai gaismai ir tāda pati enerģija, kāda tā bija pirms trieciena daļiņai, vai arī ir notikušas izmaiņas enerģijas līmeņos. Citiem vārdiem sakot, vai mijiedarbība bija elastīga vai neelastīga.

Viens īpašs neelastīgās izkliedes veids, kurā novērojamās molekulas vai materiāla vibrācijas ietekmē gaismas enerģijas izmaiņas, kas izraisa viļņa garuma izmaiņas, ir Ramana izkliede (vai Ramana efekts), kas nosaukts pēc fiziķis sers CV Ramans, kurš to atklāja 20. gadsimta 20. gados un par kuru viņš 1930. gadā ieguva Nobela prēmiju.



Lai gan Ramana izkliede ir ļoti efektīvs veids, kā iegūt informāciju par novērojamo objektu, tā ir arī ārkārtīgi vāja parādība. Jau vairākus gadus Dr. G. V. Pavans Kumars un viņa komanda Indijas Zinātnes izglītības un pētniecības institūtā (IISER), Punē, ir mēģinājuši meklēt veidus, kā uzlabot Ramana un elastīgās izkliedes ietekmi, lai šīs parādības varētu vieglāk mācīties. Viņi ir meklējuši iespēju palielināt gaismas viļņu skaitu, kas pakļauti Ramana izkliedei, kā arī izlīdzināt izkliedētos viļņus noteiktā virzienā, lai tos visus varētu uztvert sensors vai detektors.

Nesenā rakstā Nano Letters Dr Pavan Kumar un viņa komanda ziņoja, kā viņi to panāca, inovatīvi izmantojot īpašas metālu īpašības nano mērogā. Viņu plaši izmantotais metāls bija sudrabs. Nano sudraba stieple kopā ar novērojamo molekulu slāni uzrādīja ļoti interesantus rezultātus. Papildus Ramana izkliedes spēka palielināšanai sudraba stieple darbojās kā viļņu virzošā antena, novirzot izkliedētos viļņus noteiktā leņķī. Bija redzams, ka efekts vēl vairāk nostiprinājās, kad iekārta tika novietota uz zelta nano plēves.




johanna braddy vīrs

Lai nodrošinātu, ka viņi pēta izkliedēto gaismu tikai no vēlamās molekulas, nevis no sudraba stieples vai zelta folijas, eksperimentētāji nolasīja izkliedēto gaismu no katra atsevišķa materiāla, pirms tos apvienoja. Komanda izstrādāja un izveidoja īpašu mikroskopu, ko sauc par Furjē plaknes Ramana izkliedes mikroskopu, lai izmērītu Ramana izkliedes uzlabošanos, kā arī noteiktu precīzu virzienu, no kura parādījās izkliedētie gaismas viļņi.

Mikroskopa uztvertie signāli var sniegt ļoti labu informāciju par molekulu vibrācijas kustību nano dobumā, to orientāciju viena pret otru un izkliedētās gaismas leņķisko sadalījumu ar augstu precizitāti un precizitāti. Dr Pavan Kumar un viņa komanda turpina savus pētījumus, lai noskaidrotu, kā šos eksperimentus var pielāgot, lai iegūtu vēl labākus rezultātus līdz vienas molekulas jutīgumam.

Viņi arī ekstrapolē Furjē mikroskopijas metodes elastīgai un nelineārai gaismas izkliedei, lai pētītu mīksto vielu, piemēram, koloīdu, šķidro kristālu un aktīvās vielas, struktūru un dinamiku, kam ir konceptuāli savienojumi ar bioloģiskām šūnām, membrānām un audiem.