La espectroscopia Raman es una técnica poderosa para analizar la estructura atómica basada en la dispersión inelástica de la luz de las moléculas, con diversas aplicaciones que incluyen imágenes médicas y detección química. Los investigadores han descubierto que las nanoestructuras pueden mejorar el efecto de la dispersión Raman y así mejorar la sensibilidad de la técnica Raman. Las vibraciones acústicas pueden aumentar aún más el efecto de dispersión Raman al excitar oscilaciones electrónicas colectivas, conocidos como plasmones de superficie, que contribuyen a la dispersión de la luz. En particular, Se ha demostrado que la dispersión podría intensificarse mediante la vibración de nanopartículas junto con resonadores especialmente diseñados, pero hasta ahora ha habido una comprensión limitada de las interacciones que ocurren durante tales vibraciones.

Sudhiranjan Tripathy y colaboradores del Instituto A * STAR de Investigación e Ingeniería de Materiales, colaborando con Adnen Mlayah y colegas del Centro Nacional de Investigación Científica (CNRS) en Francia, ahora han descubierto cómo las interacciones entre los plasmones de superficie producidos por una tríada de nanodiscos de oro y las vibraciones acústicas en nanopartículas de oro esféricas pueden mejorar los efectos de dispersión Raman.

“Investigamos las propiedades dinámicas de los objetos metálicos a nanoescala, ”Dice Tripathy. “Los mecanismos de acoplamiento entre las vibraciones acústicas y los plasmones de superficie no se comprenden bien y deben investigarse tanto teórica como experimentalmente, así que nos enfocamos en esta área, combinando nuestra experiencia en nanofabricación con espectroscopia óptica ”.

Tripathy y sus compañeros de trabajo midieron la dispersión Raman de las nanopartículas de oro con y sin los "trimers" de oro en su lugar. El equipo observó un aumento significativo en la intensidad de la dispersión cuando las nanopartículas vibrantes se acoplaron a los resonadores de los trímeros. Los trimers actúan efectivamente como altavoces, amplificando la dispersión de luz de las partículas (ver imagen). “La mejora en la dispersión de la luz nos permitió medir ocho características Raman asociadas con los modos vibratorios de las nanopartículas esféricas de oro, ”Dice Mlayah. "Por lo general, sólo se observan dos o tres características en los experimentos Raman estándar de baja frecuencia ".

La intensidad de dispersión mejorada se ha atribuido a "puntos calientes" en el campo eléctrico de los trímeros, lo que conduce a una mayor excitación de los plasmones. Los estudios anteriores solo se han centrado en las nanopartículas como fuente de plasmones de superficie, y monitoreó la reacción de dispersión a la vibración en ese objeto solo. Este es el primer estudio que utiliza dos fuentes diferentes, vibraciones acústicas y plasmones de superficie, para producir efectos beneficiosos.

Al diseñar plasmones de superficie de esta manera, los investigadores pueden obtener un control estricto sobre las propiedades de dispersión. “Nuestro trabajo futuro en esta área involucrará aplicaciones en sensores químicos y biosensores, ”Dice Tripathy.