Efekt Ramana
Efekt Ramana, znany również jako zjawisko Ramana, to nieelastyczne rozpraszanie fotonów przez substancje. Przy rozpraszaniu światła w widmie pojawiają się fotony o zmienionej energii, obok fotonów o tej samej energii (rozpraszanie Rayleigha). Zmiana energii jest związana z obecnością pasm stokesowskich i antystokesowskich, które mają odpowiednio zmniejszoną i zwiększoną częstotliwość. Ich liczba i położenie zależą od struktury cząsteczek rozpraszających.
Historia odkrycia
Teoretyczne przewidywania zjawiska Ramana miały miejsce w 1922 roku, a pierwsze eksperymentalne potwierdzenie opisał Chandrasekhar Raman w 1928 roku. Otrzymał on Nagrodę Nobla w 1930 roku za swoje badania. Jednakże, niektórzy radzieccy fizycy, jak Leonid Mandelstam i Grigorij Landsberg, mogą być uważani za tych, którzy jako pierwsi zarejestrowali to zjawisko.
Mechanizm zjawiska
Rozpraszanie Rayleigha opisuje anihilację jednego fotonu i natychmiastową kreację drugiego fotonu o tej samej energii. W przypadku rozpraszania Ramana, foton może mieć zmniejszoną lub zwiększoną energię, co wpływa na wzbudzenie drgań lub obrotów cząsteczki. W rezultacie generowane są pasma stokesowskie (zmniejszona częstotliwość) i antystokesowskie (zwiększona częstotliwość).
Oscylacyjny efekt Ramana
Oscylacyjny efekt Ramana jest najczęściej rejestrowanym zjawiskiem, gdzie różnica energii fotonów odpowiada różnicy poziomów oscylacyjnych cząsteczek. Z uwagi na statystyki Boltzmanna, pasma stokesowskie są zazwyczaj silniejsze od antystokesowskich. Istotnym warunkiem pojawienia się oscylacyjnych pasm ramanowskich jest zmiana polaryzowalności cząsteczki w czasie drgania normalnego.
Rotacyjny efekt Ramana
W rotacyjnym efekcie Ramana różnica energii fotonów odpowiada różnicy poziomów rotacyjnych cząsteczki. Anizotropowość tensora polaryzowalności jest kluczowa dla pojawienia się rotacyjnych pasm ramanowskich. Cząsteczki o symetrii tetraedru, oktaedru lub ikosaedru nie wykazują tego efektu.
Zastosowanie
Efekt Ramana znajduje zastosowanie w analizie materiałowej i spektroskopii. Stosunek intensywności pasm stokesowskich i antystokesowskich pozwala na wyznaczanie temperatury obiektu rozpraszającego. W szczególnych warunkach można obserwować:
- powierzchniowo wzmocniony efekt Ramana
- rezonansowy efekt Ramana
- ramanowską aktywność optyczną
