מהמעבדה: שימוש יעיל יותר באפקט רמאן כדי לחקור חלקיקים זעירים
בעוד שפיזור רמאן הוא דרך יעילה מאוד להשיג מידע על האובייקט הנתון בתצפית, זוהי גם תופעה חלשה ביותר.
פיזור רמאן נקרא על שמו של חתן פרס נובל סר סי וי רמאן. (ארכיון אקספרס) חלקיקים תת-מיקרוניים, כמו מולקולות, קטנים מכדי להיראות. מדענים משתמשים בשיטות שונות כדי להתבונן בהם בעקיפין ולחקור את תכונותיהם. אחת השיטות הללו היא לחקור את קרני האור המפוזרות על ידי החלקיקים הללו.
אור יכול לקיים אינטראקציה עם אובייקט בדרכים שונות - הוא מוחזר, נשבר, מועבר או נספג במידות שונות, בהתאם לאובייקט איתו הוא מתקשר. באופן כללי, האור, כאשר הוא מקיים אינטראקציה עם אובייקט, מפוזר באופן אקראי לכל הכיוונים.
כאשר העצם המדובר הוא קטן מאוד, בקנה מידה של כמה ננומטרים (מיליארדית המטר) או פחות, רוב האור הנכנס עליו עובר ללא הפרעה, מבלי לשים לב לחלקיק. הסיבה לכך היא שחלקיקים אלה קטנים מאורך הגל של האור, ולכן אינם מקיימים אינטראקציה חזקה עם גלי אור. עם זאת, מדי פעם, לא יותר מכמה פעמים במיליארד, גלי אור אכן מקיימים אינטראקציה עם החלקיק. זיהוי גלי האור המפוזרים הללו יכול לספק מידע חשוב מאוד על האור שקיים איתו אינטראקציה בין החלקיקים.
אחד הדברים שמדענים חוקרים הוא האם לאור המפוזר יש את אותה אנרגיה שהייתה לו לפני שפגע בחלקיק, או שמא היה שינוי ברמות האנרגיה. במילים אחרות, האם האינטראקציה הייתה אלסטית או לא אלסטית.
סוג מסוים אחד של פיזור לא אלסטי, שבו שינוי באנרגיית האור מתבצע עקב תנודות המולקולה או החומר הנבדקים, המובילים לשינוי באורך הגל כתוצאה מכך, הוא פיזור רמאן (או אפקט רמאן) - על שמו. הפיזיקאי Sir CV Raman שגילה אותו בשנות ה-20, ועליו זכה בפרס נובל ב-1930.
בעוד שפיזור רמאן הוא דרך יעילה מאוד להשיג מידע על האובייקט הנתון בתצפית, זוהי גם תופעה חלשה ביותר. כבר כמה שנים, ד'ר GV Pavan Kumar וצוותו במכון ההודי לחינוך ומחקר מדעי (IISER), Pune, מנסים לחפש דרכים להגביר את ההשפעות של רמאן ושל פיזור אלסטי כאחד, כך שהתופעות יוכלו ללמוד בקלות רבה יותר. הם בחנו להגדיל את מספר גלי האור שעוברים פיזור רמאן, וגם ליישר את הגלים המפוזרים בכיוון מסוים כך שניתן יהיה לקלוט את כולם על ידי חיישן או גלאי.
במאמר שנערך לאחרונה ב-Nano Letters, ד'ר Pavan Kumar וצוותו דיווחו כיצד הם השיגו זאת באמצעות שימוש חדשני בתכונות מיוחדות של מתכות בקנה מידה ננו. המתכת שבה השתמשו בהרחבה הייתה כסף. חוט ננו כסף יחד עם שכבת המולקולות הנתצפית הראו תוצאות מעניינות מאוד. מלבד שיפור החוזק של פיזור רמאן, חוט הכסף פעל כמו אנטנה מנחה גל, מכוון את הגלים המפוזרים בזווית מסוימת. נראה שהאפקט מתחזק עוד יותר כאשר ההתקנה הונחה על סרט ננו מוזהב.
כדי להבטיח שהם חוקרים את האור המפוזר רק מהמולקולה הרצויה ולא מחוט הכסף או נייר הכסף, הנסיינים ביצעו קריאות של אור מפוזר מכל אחד מהחומרים הבודדים לפני שילובם. הצוות תכנן ובנה מיקרוסקופ מיוחד, שנקרא Fourier Plane Raman Scatering microscope, כדי למדוד את השיפור של פיזור רמאן, כמו גם לזהות את הכיוון המדויק ממנו יצאו גלי האור המפוזרים.
האותות המתקבלים במיקרוסקופ יכולים לתת מידע טוב מאוד על תנועת הרטט של מולקולות בננו-חלל, כיווניהן זו ביחס לזו, והתפלגות הזוויתית של האור המפוזר בדיוק ובדיוק גבוהים. ד'ר פאבן קומאר והצוות שלו ממשיכים במחקרים שלהם כדי לראות כיצד ניתן לכוונן את הניסויים הללו כדי להשיג תוצאות טובות עוד יותר עד לרגישות של מולקולה אחת.
כמו כן, הם מבצעים אקסטרפולציה של שיטות המיקרוסקופיה של פורייה לפיזור אור אלסטי ולא ליניארי כדי לחקור את המבנה והדינמיקה של חומר רך כגון קולואידים, גבישים נוזליים וחומר פעיל, שיש לו קשרים רעיוניים לתאים ביולוגיים, ממברנות ורקמות.
שתף עם החברים שלך:
