p Cientistas da EPFL mostram como uma força induzida pela luz pode amplificar a sensibilidade e a resolução de uma técnica usada para estudar moléculas individuais. p Quando se trata de estudar moléculas individuais, os cientistas usam uma técnica poderosa chamada "espalhamento Raman aprimorado pela superfície" (SERS). Uma ferramenta extremamente sensível, SERS detecta as vibrações dentro dos átomos da molécula iluminada como uma mudança na cor da luz. Mas a sensibilidade do SERS é limitada à temperatura ambiente porque as moléculas vibram muito fracamente. Publicando em Nature Nanotechnology , Os cientistas da EPFL mostram agora que esse obstáculo pode ser superado com as ferramentas da optomecânica da cavidade - a interação entre a luz e os objetos mecânicos. O trabalho tem aplicações práticas significativas, pois pode levar os recursos do SERS ainda mais longe.

p Espectroscopia Raman e vibrações fracas

p SERS é baseado nos princípios da espectroscopia Raman, uma velha técnica usada para sondar moléculas:quando a luz do laser incide sobre elas, ele interage com suas vibrações (por exemplo, o alongamento de uma ligação entre dois átomos). Como resultado, o comprimento de onda da luz muda, mudando sua cor. Essa mudança se torna a impressão digital única do tipo de molécula que está sendo testada.

p Contudo, A espectroscopia Raman é limitada quando se trata de moléculas individuais porque elas interagem muito fracamente com a luz. Isso acontece principalmente por dois motivos:primeiro, uma única molécula é cerca de mil vezes menor que o comprimento de onda da luz que entra. Desenvolvido há cerca de quarenta anos, O SERS superou esse problema explorando uma pequena nuvem de elétrons oscilantes em nanopartículas metálicas que foram excitadas com luz laser. A nuvem é conhecida como "plasmon" e pode ser localizada em lacunas de tamanho nanométrico onde as moléculas podem ser colocadas.

p Em outras palavras, as nanopartículas metálicas atuam como nanoantenas que focam a luz em dimensões moleculares; esta abordagem aumentou a sensibilidade do SERS em mais de 10 ordens de magnitude. Contudo, a segunda limitação do Raman persistiu sem solução:as moléculas vibram muito fracamente à temperatura ambiente - ou, em termos técnicos, "os modos vibracionais relevantes estão congelados".

p Amplificando vibrações moleculares com luz

p Dois membros do laboratório de Tobias J. Kippenberg na EPFL agora encontraram uma solução teórica para este problema, mostrando que o SERS pode realmente ser levado ainda mais longe em sensibilidade e resolução. A chave para superar as vibrações fracas é a nuvem de elétrons oscilantes, o plasmon, que pode exercer uma força nas vibrações da molécula testada.

p Pesquisadores Philippe Roelli e Christophe Galland, foram capazes de determinar as condições exatas necessárias para que esta força induzida pela luz conduza as vibrações da molécula a grandes amplitudes. Como a comunidade científica estabeleceu diretrizes específicas para este campo, os pesquisadores escolheram comprimentos de onda do laser e propriedades das estruturas plasmônicas contra eles.

p Obtendo mais sinal de uma molécula

p À medida que a força da luz amplifica as vibrações da molécula, a interação entre a molécula e a luz laser confinada também se torna mais forte. Isso pode aumentar drasticamente o sinal que o SERS capta, muito além do que pode ser alcançado por mecanismos previamente conhecidos.

p "Nosso trabalho oferece diretrizes específicas para projetar nanoestruturas metálicas mais eficientes e esquemas de excitação para SERS, "diz Philippe Roelli." Isso pode ultrapassar os limites da técnica em sensibilidade e resolução. "Ao fazer isso, o estudo abre novas direções de pesquisa no controle de vibrações moleculares com luz, com aplicações potenciais que variam de biologia e química a tecnologias quânticas.