A espectroscopia Raman é uma técnica poderosa para analisar a estrutura atômica com base na dispersão inelástica da luz das moléculas, com diversas aplicações, incluindo imagens médicas e detecção química. Os pesquisadores descobriram que as nanoestruturas podem aumentar o efeito do espalhamento Raman e, assim, melhorar a sensibilidade da técnica Raman. As vibrações acústicas podem fornecer um aumento adicional do efeito de espalhamento Raman, estimulando oscilações eletrônicas coletivas, conhecido como plasmons de superfície, que contribuem para a dispersão da luz. Em particular, foi demonstrado que o espalhamento pode ser intensificado pela vibração de nanopartículas ao lado de ressonadores construídos para esse fim, mas até agora houve uma compreensão limitada das interações que ocorrem durante tais vibrações.

Sudhiranjan Tripathy e colegas de trabalho do A * STAR Institute of Material Research and Engineering, colaborando com Adnen Mlayah e colegas do Centro Nacional de Pesquisa Científica (CNRS) na França, descobriram agora como as interações entre os plasmons de superfície produzidos por uma tríade de nanodiscos de ouro e vibrações acústicas em nanopartículas de ouro esféricas podem aumentar os efeitos de espalhamento Raman.

“Nós investigamos as propriedades dinâmicas de objetos metálicos em nanoescala, ”Diz Tripathy. “Os mecanismos de acoplamento entre vibrações acústicas e plasmons de superfície não são bem compreendidos e precisam ser investigados teoricamente e experimentalmente, então nos concentramos nesta área, combinando nossa experiência em nanofabricação com espectroscopia óptica. ”

Tripathy e seus colegas mediram a dispersão de Raman das nanopartículas de ouro com e sem os "trímeros" de ouro no lugar. A equipe observou um aumento significativo na intensidade de espalhamento quando as nanopartículas vibrantes foram acopladas aos ressonadores trímeros. Os trimers atuam efetivamente como alto-falantes, amplificando a dispersão da luz das partículas (ver imagem). “O aprimoramento no espalhamento da luz nos permitiu medir oito características Raman associadas aos modos vibracionais das nanopartículas esféricas de ouro, ”Diz Mlayah. “Normalmente, apenas duas ou três características são observadas em experimentos Raman de baixa frequência padrão. ”

A intensidade de espalhamento aprimorada foi atribuída a "pontos quentes" no campo elétrico dos trímeros, o que leva a uma maior excitação dos plasmons. Estudos anteriores focaram apenas em nanopartículas como fonte de plasmons de superfície, e monitorou a reação de espalhamento à vibração apenas naquele objeto. Este é o primeiro estudo a usar duas fontes diferentes - vibrações acústicas e plasmons de superfície - para produzir efeitos benéficos.

Ao projetar plasmons de superfície desta forma, os pesquisadores podem obter um controle rígido sobre as propriedades de espalhamento. “Nosso trabalho futuro nesta área envolverá aplicações em sensores químicos e biossensores, ”Diz Tripathy.