La spectroscopie Raman est une technique puissante pour analyser la structure atomique basée sur la diffusion inélastique de la lumière des molécules, avec diverses applications, notamment l'imagerie médicale et la détection chimique. Les chercheurs ont découvert que les nanostructures peuvent renforcer l'effet de la diffusion Raman et ainsi améliorer la sensibilité de la technique Raman. Les vibrations acoustiques peuvent fournir une augmentation supplémentaire de l'effet de diffusion Raman en excitant des oscillations électroniques collectives, connu sous le nom de plasmons de surface, qui contribuent à la diffusion de la lumière. En particulier, il a été démontré que la diffusion pourrait être intensifiée en faisant vibrer des nanoparticules aux côtés de résonateurs spécialement conçus, mais jusqu'à présent, il y a eu une compréhension limitée des interactions qui se produisent lors de telles vibrations.

Sudhiranjan Tripathy et ses collègues de l'Institut A*STAR de recherche et d'ingénierie des matériaux, en collaboration avec Adnen Mlayah et ses collègues du Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) en France, ont maintenant découvert comment les interactions entre les plasmons de surface produits par une triade de nanodisques d'or et les vibrations acoustiques dans les nanoparticules d'or sphériques peuvent améliorer les effets de diffusion Raman.

« Nous avons étudié les propriétés dynamiques d'objets métalliques à l'échelle nanométrique, " dit Tripathy. « Les mécanismes de couplage entre les vibrations acoustiques et les plasmons de surface ne sont pas bien compris et doivent être étudiés à la fois théoriquement et expérimentalement, nous nous sommes donc concentrés sur ce domaine, en combinant notre expertise en nanofabrication avec la spectroscopie optique.

Tripathy et ses collègues ont mesuré la diffusion Raman des nanoparticules d'or avec et sans les « trimmers » d'or en place. L'équipe a observé une augmentation significative de l'intensité de diffusion lorsque les nanoparticules vibrantes étaient couplées aux résonateurs trimères. Les trimers agissent effectivement comme des haut-parleurs, amplifier la diffusion de la lumière des particules (voir image). « L'amélioration de la diffusion de la lumière nous a permis de mesurer huit caractéristiques Raman associées aux modes vibrationnels des nanoparticules d'or sphériques, », dit Mlayah. « D'habitude, seules deux ou trois caractéristiques sont observées dans les expériences Raman standard à basse fréquence.

L'intensité de diffusion accrue a été attribuée aux « points chauds » dans le champ électrique des trimères, ce qui conduit à une excitation supplémentaire des plasmons. Des études antérieures se sont uniquement concentrées sur les nanoparticules comme source de plasmons de surface, et surveillé la réaction de diffusion aux vibrations sur cet objet seul. Il s'agit de la première étude à utiliser deux sources différentes - les vibrations acoustiques et les plasmons de surface - pour produire des effets bénéfiques.

En concevant ainsi des plasmons de surface, les chercheurs peuvent contrôler étroitement les propriétés de diffusion. « Nos travaux futurs dans ce domaine impliqueront des applications dans la détection chimique et les biocapteurs, " dit Tripathy.