Graphene giúp nâng cấp phương pháp tán xạ Raman tăng cường bề mặt potx

Graphene giúp nâng cấp
phương pháp tán xạ Raman tăng
cường bề mặt
Tán xạ Raman tăng cường bề mặt (SERS) là một phương pháp mạnh
nhận dạng các phân tử ở những hàm lượng rất thấp – một kĩ thuật tỏ ra rất
hữu dụng trong chẩn đoán y khoa, pháp lí, và nhận dạng những loại thuốc
mới. Nhưng bất chấp sự thành công của nó, các nhà khoa học đã phải vật lộn
với việc tìm hiểu cơ sở vật lí ẩn sau cách thức SERS hoạt động.
Trongnhững năm gần đây, các nhà nghiên cứu đã phát hiện thấy họ có thể
làm tăng cường tươngtác giữa ánh sáng vàvật chấtbằng cách khai tháccác dao
độngtập thể của các electronmặtgọi là plasmonmặt. Cáctrường ánh sáng được
tăng cườngkhichúngcộng hưởng với nhữngplasmonnày, dẫn tới SERSvà những
kĩ thuật tăng cường bề mặt khác. Thật vậy, các nhà khoa học đã thành côngtrong
việc tăng cườngcác tín hiệu tán xạ Ramanlên tới 10
14
lần khicác phân tử nằm
trong những “điểm nóng”cấutrúc nanongẫu nhiên trên các bề mặt kim loại.
Tuy nhiên, các nhà khoahọc không hiểu trọnvẹn những cấu trúc nano nào
gây ra những điểm nóngtốtnhất hoặc làm thế nào tạo ra các chấtSERS cósự tăng
cường đồngđều trên nhữngdiện tíchlớn. Đây là vì đasố các hệ SERS đã nghiên
cứu trước đây đều dựatrêncác cấutrúc nanongẫu nhiên, chúngcó các tính chất
biến thiên từ thí nghiệm nàysang thí nghiệm khác.Sự khôngđồng nhất nàycòn
làm cho việc so sánh định lượnggiữa lí thuyết vàthí nghiệm tỏ ra khó khăn.
Để khắcphục những vấnđề này, AndreaFerrarivà các đồngnghiệp tại
trường Đại học Cambridgecùng vớicác nhà nghiên cứu tại trườngĐại học
Manchester và Đại họcIoannina đã nghiên cứu SERS bằng các cấu trúc nanokim
loại lớn lên trên graphene. Làmột tấm carbon chỉ dày một nguyên tử, graphene
được chọn vì nó cung cấp những bề mặt lớn, đồngđều, và hầu như khôngcó khiếm
khuyết. Hơn nữa, phổ Ramancủa graphene đã được người ta biết rõ.
Đội nghiên cứu đã tạo ranhững ma trận vuônggồmcác chấm vàng trên
graphene vớikhoảng cách giữacácchấm là320 nm. Các chấmdày khoảng 80nm

và có bán kính210 nmở một số ma trận và 140nmở nhữngma trận khác. Sau đó,
các nhà nghiên cứuso sánhphổ Ramancủa graphenetrần với phổ graphenecó các
chấm,và nhận thấy sự tăng cườngđáng kể khi có mặt các chấm.
Để tìm hiểu tốthơn vìsao sự tăng cường ấylại xảy ra,độinghiên cứu đã lập
mô phỏng hệ của họ bằng cách xét các chấm kim loại có kích cỡ khác nhauđặt trên
graphene. Sauđó, họ giải hệ phương trình Maxwell cho mỗi mẫu, sử dụng“phương
pháp miền thời gianchênh lệch hữu hạn”.
Ferrarivà các đồng nghiệp đã quan sátthấysự tăng cườngđáng kể của tín
hiệu Raman vànhận thấy sự tăng cường đó tỉ lệ nghịch với lũy thừa mười của
khoảng cách giữa graphene và tâmcủa hạt nanokimloại. “Nhữngkết quả này có
thể giúp chúngta hiểurõ hơncơ sở vật lí SERScủa các chấtliệu 2D”,Ferrarinói.
“Côngtrìnhtrên cũng chứng tỏ các cấu trúc nanoplasmon tính có thể tăngcường
sự hấp thụ và tán xạ ánh sáng từ các chấtliệu 2D, như graphene, cái có thể có các
ứng dụngtrực tiếp cho các bộ dò ánh sáng vàcácbộ cảm biến quang”.
Thừa thắng trên những kếtquả này, đội nghiên cứuhiện sẽ cố gắng tối ưu
hóa chất nền SERS để thu được sự tăng cườngcòn lớn hơn nữa bằng cách sử dụng
các kimloại và các hìnhdạngchấmkhác nhau.“Chúng tôicũng sẽ thực hiện các
cấu trúcnano plasmontínhtrên nhữngdụng cụ khácnhau chế tạo từ graphene”,
Ferraritiết lộ.
“Chúng tôi đoan chắc rằng nghiên cứu này sẽ trở thành một tham khảo quan
trọng trong lĩnhvực SERSvà sẽ kích thích cácnghiên cứutiếp theo”, Andrea
Ferrarinói.
Tại sao trọng lượng của vật thể có
thể thay đổi
Nếu như có người nói với bạn rằng: Trọng lượng của vật thể có thể
thay đổi khi được đặt ở những địa điểm khác nhau, bạn có tin vào điều đó
không?
Đúng là như vậy. Khi đặt vật thể ở những địa điểm khác nhau, trọng lượng
của chúng quả thật có sự thay đổi.
Có chuyện rằng, một thương nhân đã mua5.000 tấn cá trắm đen tại đất

nước HàLan, sau đó chuyển lên thuyền và chở về thủ đô Mogadixiocủa nước
Xo6mali,là khuvựcgần xích đạo. Khi về đến nơi, họ dùng cân lò xođể cân thì khối
lượng cá lạiít đi 30 tấn. Vậylượng cá nàyđi đâu mất? Khôngthể có chuyện mất
trộm vìtàu chưa cập bến nào trongsuốt quá trìnhvận chuyển. Sự hao tổn trong
quá trìnhbốc dỡ cũng khôngthể lớn như vậy. Mọi người bàn luận xôn xao, chẳng
ai có thể giải mã nổi bí mật này.
Sau đó, mọi việc cũngđược sáng tỏ. Lượng cá giảm điở trên không phải bị mất
trộm, cũng không phải là sự hao tổn dobốc dỡ, mà được tạo nênbởi sự tự chuyển
độngvà lực hútcủa Trái Đất.
Thựcra, trọng lượng củamộtvật thể đượctạo nên nhờ lực hút củaTrái Đất đối với
vật thể. Nhưngdo Trái Đất luônluôn vận động, vì thế nó sinhra lực li tâm tự
chuyển động.Vì vậy độ lớntrọng lực mà vậtthể phải chịu chínhlà hợplực của lực
li tâm quán tínhtự chuyển động vàlực hút của tâm Trái Đất, nóphải phân lượng
mà lực hútcủa tâmTrái Đất trừ đi lực li tâm quán tính theo hướngvuông góc.
Do Trái Đất làmột khối bầu dục cóhai cực hơi dẹtnên càng gần xíchđạo,thì
khoảng cách giữa mặt đất và tâm Trái Đất càng xa, lực hút của tâm Trái Đất cũng
càng nhỏ đi. Mặt khác, càng gần xíchđạo, lực li tâm tự chuyển được tạonên do vật
thể chuyển độngtheo Trái Đất càng lớn. Vì vậy cànggầnxích đạo, trọng lựcthực tế
mà vật thể phải chịu càng nhỏ. 5.000tấncá trắm đen đượcvận chuyển từ Hà Lan
đến Xomali, thì trọng lực mà nó phải chịutất nhiên sẽ phải giảmđi dần dần và
chuyện thiếu hụt30 tấn là dễ giảithích. Điềuđáng nói ở đây là: Tấn là đơn vị đo
lường chất lượng,nhưng trong cuộcsống thường ngày và trong buôn bán, “Tấn”
luôn được dùnglà đơn vị trọng lượng.
Nếu như những vận độngviênleo núi thu nhập được một vật xét nghiệmnham
thạch từ “đỉnh Chomolungma”rồi chuyển nóđến BắcKinh, khiđến Bắc Kinh nó có
thể nặng hơn một chút. Nếu như các nhà du hành vũ trụ mang nó đếnvùng trời mà
lực hútcủa Trái Đất không đến được, nó sẽ không trọng lượng.Nhưng dù cho
trọng lượng củavật thể có thay đổi thế nào đi nữathì chất lượng của chúngkhông
bao giờ thayđổi.