Эффект Рамана

Эффектом Рамана (рис. 21) называют рассеяние монохроматического излучения в веществе, При котором в спектре рассеянного света появляются новые, характерные для данного вещества линии, отличающиеся от спектральной линии источника. Это явление впервые в 1928 г. обнаружил индийский физик Раман. Если направлять на вещество сильный когерентный свет, например свет лазера, то наблюдается сильное рамановское рассеяние с выраженной направленностью. Это явление, названное вынужденным рамановским рассеянием, впервые обнаружил Вудбьюри (Woodbury) в 1962 г. Явление, открытое Раманом, в отличие от вынужденного рамановского рассеяния стали называть естественным римановским рассеянием.

.

Эффект Рамана отражает обмен энергией между светом и веществом. Фотон с энергией либо отдает часть энергии веществу, либо на столько же повы­шает свою энергию за счет вещества. Энергия рас­сеянных фотонов становится равной либо . Первый случай называют стоксовым, а второй - антистоксовым излучением. Обычно интенсивность стоксового излучения выше, чем антистоксового. Энергия света в твердом теле изменяется вследствие взаимодействия кванта с фононом или плазмоном (рис. 22). При прохождении света через газ или жидкость рамановское рассеяние есть результат взаимодействия квантов с колеблющимися молекулами.

Эффект Рамана - сложное явление, зависящее от различных причин, стал эффективным методом полу­чения различной информации о веществе. В послед­нее время его используют для оценки структуры полупроводников. Например, наблюдая рамановское рассеяние в кристалле GaAs, имеющем структуру цинковой обманки, в соответствии с правилами отбо­ра видим, что спектры рассеяния от плоскости (100) и от других плоскостей имеют различную поляризацию из-за взаимодействия света с LO-фононами.

Используя это свойство, можно определять ориентацию кристаллической решетки тонких пленок, выращенных эпитаксиально. При наблюдении рамановского рассеяния в смешанных кристаллах, например в кристаллах AlxGa1-xAs, можно, разделив составляющие рассеяния с фононами, характерными для AlAs и для GaAs, определить постоянную х. Кроме этого, эффект Рамана позволяет оценить механические напряжения в поверхностном слое полупроводников и концентрацию носителей в них.

Вынужденное рамановское рассеяние использовали для создания рамановского лазера. Если мощным лазером с энергией квантов ωо облучать такие вещества, как, например, водород, кремний или бензол, и вызывать в них вынужденное рамановское рассеяние, то в спектре рассеяния присутствует стоксова состав.