КОМБИНАЦИОННОЕ РАССЕЯНИЕ СВЕТА (RAMAN SCATTERING) Падающая на квантовую систему (атом или молекулу) световая волна индуцирует в ней состояние, описываемое некоторой волновой функцией Ψn(r,t). В этом состоянии в квантовой системе индуцируется электрический дипольный момент, который осциллирует с частотой падающего света и благодаря этому в свою очередь излучает свет этой же частоты, который называется рассеянным. Процесс рассеяния света сводится к переизлучению энергии поглощѐнной квантовой системой из падающего на него светового потока, при этом частота рассеянного света равна частоте падающего. Такое рассеяние называется рэлеевским. Наряду с рассеянием без изменения частоты, возбужденная световой волной квантовая система может в определѐнных условиях переизлучать энергию с изменением частоты. Этот излучение с изменением частоты обуславливает некогерентное рассеяние света. Некогерентное рассеяние света с изменением частоты, называется комбинационным. Оно было открыто Раманом и Кришнаном в жидкостях и газах и независимо Мандельштамом и Лансбергом в твѐрдых телах. В спектре рассеянного света наряду с частотой 0 падающего света присутствуют дополнительные комбинационные линии с частотами = 0 i, где i – частоты колебательных или вращательных переходов рассеивающих молекул. I Красные спутники стоксовые Фиолетовые спутники антистоксо вые , см -1 0 0 0 1 2 0 2 0 2 Рис. 5 Таким образом, частота комб = является комбинацией частоты падающего света и частот, характерных для квантовой системы. Этим объясняется название “комбинационное“ для такого вида рассеяния. В иностранной литературе используется термин Рамановское рассеяние (Raman scattering). В спектре комбинационного рассеяния линии излучения с частотами меньшей частоты называются стоковыми (или красными спутниками, большее значение ), а большей частотой – антистоковыми (или фиолетовыми спутниками). Объяснение эффекта комбинационного рассеяния света в рамках квантовой теории основывается на том, что комбинационное рассеяние света есть процесс неупругого «столкновения» фотонов с молекулами, в котором один фотон поглощается и один фотон испускается молекулой. Если энергии фотонов одинаковы, то в рассеянном свете наблюдается несмещенная линия. Если молекула под действием света перейдет в возбужденное состояние, то испущенный фотон будет иметь меньшую частоту – возникает стоксовый спутник. Если же молекула, до воздействия света находящаяся в возбужденном состоянии, перейдет в основное, то испущенный фотон будет иметь бόльшую частоту – возникает антистоксовый спутник. Анализ спектров комбинационного рассеяния приводит к следующим основным выводам: 1) линии спутников располагаются симметрично по обе стороны от несмещенной линии; 2) частоты i не зависят от частоты падающего на вещество света 0, а определяются только молекулярным строением рассеивающего вещества, т. е. характеризуют его состав и структуру; 3) при обычных температурах интенсивность антистоксовых спутников значительно меньше, чем интенсивность стоксовых спутников; 4) интенсивность антистоксовых спутников растет с температурой рассеивающего вещества, в то время как интенсивность стоксовых спутников практически не изменяется. Спектры комбинационного рассеяния света позволяют выполнять исследования состава и строения вещества. Например, изучать кристаллы, квазичастицы (фононы и др.), химические соединения, а также структуру молекул с неизвестным строением. 2