La spettroscopia Raman è una potente tecnica per analizzare la struttura atomica basata sulla dispersione anelastica della luce dalle molecole, con diverse applicazioni, tra cui l'imaging medico e il rilevamento di sostanze chimiche. I ricercatori hanno scoperto che le nanostrutture possono potenziare l'effetto della diffusione Raman e quindi migliorare la sensibilità della tecnica Raman. Le vibrazioni acustiche possono fornire un ulteriore aumento dell'effetto di dispersione Raman eccitando oscillazioni collettive di elettroni, noti come plasmoni di superficie, che contribuiscono alla diffusione della luce. In particolare, è stato dimostrato che la diffusione potrebbe essere intensificata dalla vibrazione delle nanoparticelle accanto a risonatori appositamente costruiti, ma fino ad ora c'è stata una comprensione limitata delle interazioni che avvengono durante tali vibrazioni.

Sudhiranjan Tripathy e collaboratori dell'A*STAR Institute of Material Research and Engineering, collaborando con Adnen Mlayah e colleghi del Centro nazionale di ricerca scientifica (CNRS) in Francia, hanno ora scoperto come le interazioni tra i plasmoni di superficie prodotti da una triade di nanodischi d'oro e le vibrazioni acustiche nelle nanoparticelle d'oro sferiche possono potenziare gli effetti di diffusione Raman.

“Abbiamo studiato le proprietà dinamiche di oggetti metallici su nanoscala, ” dice Tripatia. “I meccanismi di accoppiamento tra vibrazioni acustiche e plasmoni di superficie non sono ben compresi e devono essere studiati sia teoricamente che sperimentalmente, quindi ci siamo concentrati su questo settore, combinando la nostra esperienza nella nanofabbricazione con la spettroscopia ottica.”

Tripathy e i suoi collaboratori hanno misurato la dispersione Raman dalle nanoparticelle d'oro con e senza i "trimeri" d'oro in posizione. Il team ha osservato un aumento significativo dell'intensità di dispersione quando le nanoparticelle vibranti sono state accoppiate con i risonatori trimeri. I trimeri agiscono efficacemente come altoparlanti, amplificando la diffusione della luce dalle particelle (vedi immagine). “Il miglioramento nella diffusione della luce ci ha permesso di misurare otto caratteristiche Raman associate ai modi vibrazionali delle nanoparticelle sferiche d'oro, "dice Mlayah. “Di solito, solo due o tre caratteristiche si osservano negli esperimenti Raman standard a bassa frequenza”.

La maggiore intensità di diffusione è stata attribuita a "punti caldi" nel campo elettrico dei trimeri, che porta ad un'ulteriore eccitazione dei plasmoni. Precedenti studi si sono concentrati solo sulle nanoparticelle come fonte di plasmoni di superficie, e monitorò la reazione di dispersione alla vibrazione solo su quell'oggetto. Questo è il primo studio a utilizzare due diverse fonti, vibrazioni acustiche e plasmoni di superficie, per produrre effetti benefici.

Progettando i plasmoni di superficie in questo modo, i ricercatori possono ottenere uno stretto controllo sulle proprietà di dispersione. “Il nostro lavoro futuro in questo settore riguarderà applicazioni nel rilevamento chimico e nei biosensori, ” dice Tripatia.