Effet Raman
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L'effet Raman, ou la diffusion Raman, est un phénomène optique découvert par Chandrashekhara Venkata Râman.
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[modifier] Description
L'effet Raman, ou la diffusion Raman, est la diffusion inélastique d'un photon sur un atome ou une molécule. Le fait que la diffusion soit inélastique implique qu'il y a un échange d'énergie entre le photon incident et la molécule via la création ou l'annihilation d'un phonon optique. Ainsi, la lumière diffusée n'a pas la même longueur d'onde que la lumière incidente. On distingue deux cas :
- décalage Stokes : la lumière est décalée vers le rouge (plus longue longueur d'onde, plus petite énergie) avec la création d'un phonon.
- décalage anti-Stokes : la lumière est décalée vers le bleu (plus courte longueur d'onde, plus grande énergie) avec l'émission d'un phonon.
S'il n'y a pas d'échange d'énergie entre la molécule et le photon incident, alors la diffusion est élastique et la longueur d'onde du photon diffusé n'est pas décalée. On parle alors de diffusion Rayleigh.
Le décalage en longueur d’onde dépend de la matière et lui est caractéristique : il ne dépend pas de la longueur d’onde d’excitation, ce qui rend possible une analyse de la composition chimique d'un échantillon à partir de la façon dont il diffuse la lumière (voir spectroscopie Raman).
L'intensité des raies Raman dépend seulement du nombre de molécules dans les différents modes vibrationnels qui leur sont associés. L’utilisation de la distribution de Boltzman permet de rendre compte correctement du rapport d’intensité entre les raies Stokes et anti-Stokes : les modes vibrationnels de basse énergie étant les plus peuplés, les raies Stokes sont plus intenses que les raies anti-Stokes.
[modifier] Mécanisme
Le mécanisme de l'effet Raman est en gros le suivant : un photon excite un atome, et perd un peu de son énergie (rougissement, décalage Stokes). Une partie de cette énergie peut être dissipée par l'atome, par les interactions avec les atomes voisins, mais une autre partie peut être transférée à un autre photon (comme dans le laser), ce qui se traduit par le décalage anti-Stokes, qui donne un effet de bleuissement). La spectroscopie Raman est rendue possible par le fait que l'excitation et la dissipation sont caractéristiques des atomes soumis à la lumière. Par ailleurs, rien ne s'oppose à ce que le second photon (celui qui est excité et a bleui) appartienne à un autre rayonnement. L'effet Raman produit alors un couplage entre les deux ondes, avec transfert d'énergie du plus énergétique (fréquence plus élevée, longueur d'onde plus courte) vers le moins énergétique (fréquence plus faible, longueur d'onde plus grande).
[modifier] Histoire
En 1922, le physicien indien Chandrashekhara Venkata Râman a publié son ouvrage sur "la diffraction moléculaire de la lumière", première d'une série d'investigations avec ses collabrateurs qui a ultimement mené à sa découverte, le 28 février 1928, de l'effet optique qui porte son nom. L'effet Raman a été rapporté pour la première fois par C. V. Raman et K. S. Krishnan, et indépendament par Grigory Landsberg et Leonid Mandelstam en 1928. Raman a reçu le Prix Nobel en 1930 pour son travail sur la diffusion de la lumière.
[modifier] Voir aussi
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