Hvad er Raman spredning?
Når lys bevæger sig gennem et fast stof, væske eller gas, vil noget af lyset blive spredt og køre i retninger, der adskiller sig fra det indgående lys. Det meste af det spredte lys vil bevare sin oprindelige frekvens - dette er kendt som elastisk spredning, idet Rayleigh-spredning er et eksempel. En lille del af det spredte lys har en frekvens, der er mindre end for det indkommende lys, og en stadig mindre andel vil have en højere frekvens - dette kaldes inelastisk spredning. Raman-spredning er en form for uelastisk spredning og er opkaldt efter Chandrasekkara Venkata Raman, der modtog en Nobelpris for sit arbejde om emnet i 1930.
Selvom spredning kan betragtes som lys, der blot reflekterer små partikler, er virkeligheden mere kompleks. Når elektromagnetisk stråling, hvis lys er en type, interagerer med et molekyle, kan det fordreje formen på molekylets elektroniske sky; i hvilket omfang dette sker kendes som polariserbarheden af molekylet og afhænger af molekylets struktur og arten af bindingerne mellem dets atomer. Efter interaktion med et lysfoton kan formen af elektronskyen svinge med en frekvens, der er relateret til den indgående fotons. Denne svingning får igen molekylet til at udsende en ny foton med samme frekvens, hvilket resulterer i elastisk eller Rayleigh-spredning. I hvilken udstrækning Rayleigh og Raman-spredning forekommer afhænger af molekylets polariserbarhed.
Molekyler kan også vibrere, hvor bindingslængderne mellem atomer periodisk øges eller formindskes med 10%. Hvis et molekyle er i sin laveste vibrationstilstand, vil nogle gange en indkommende foton skubbe den ind i en højere vibrationstilstand, idet den mister energi i processen og resulterer i, at den udsendte foton har mindre energi og derfor en lavere frekvens. Mindre almindeligt er molekylet måske allerede over dets laveste vibrationstilstand, i hvilket tilfælde den indkommende foton muligvis får den til at vende tilbage til en lavere tilstand og få energi, der udsendes som en foton med en højere frekvens.
Denne emission af fotoner med lavere og højere frekvens er formen af uelastisk spredning kendt som Raman-spredning. Hvis spredningen af det spredte lys analyseres, viser det en linje ved den indkommende frekvens på grund af Rayleigh-spredning, med mindre linjer ved lavere frekvenser og stadig mindre linjer ved højere frekvenser. Disse lavere og højere frekvenslinjer, kendt som henholdsvis Stokes og anti-Stokes linjer, forekommer med de samme intervaller fra Rayleigh-linjen, og det overordnede mønster er karakteristisk for Raman-spredning.
Da frekvensintervaller, hvormed Stokes og anti-Stokes linjer vises, er afhængige af de typer molekyler, som lys interagerer med, kan Ramanspredning bruges til at bestemme sammensætningen af en prøve af materiale, for eksempel mineraler, der er til stede i et stykke af sten. Denne teknik er kendt som Raman-spektroskopi og anvender normalt en monokromatisk laser som lyskilde. Særlige molekyler vil hver producere et unikt mønster af Stokes og anti-Stokes linjer, hvilket muliggør deres identifikation.