Spectroscopie Raman

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La spectroscopie Raman (ou spectrométrie Raman) et la microspectroscopie Raman sont des méthodes non destructives d'observation et de caractérisation de la composition moléculaire et de la structure externe d'un matériau, qui exploite le phénomène physique selon lequel un milieu modifie légèrement la fréquence de la lumière y circulant. Ce décalage en fréquence correspond à un échange d'énergie entre le rayon lumineux et le milieu, et donne des informations sur le substrat lui-même. La spectroscopie Raman consiste à envoyer une lumière monochromatique sur l’échantillon et à analyser la lumière diffusée.

Les informations obtenues par la mesure et l'analyse de ce décalage permettent de remonter à certaines propriétés du milieu, par la spectroscopie.

Cette technique est complémentaire de la spectroscopie infrarouge.

Historique[modifier | modifier le code]

Cette technique a été permise par l'utilisation de la diffusion Raman, un phénomène optique découvert en 1928, par les physiciens Chandrashekhara Venkata Râman et Leonid Mandelstam (indépendamment l'un de l'autre).

Cette technique a été largement diffusée dans l'industrie et la recherche avec l'apparition et la diminution des coûts des lasers.

Principes[modifier | modifier le code]

La spectroscopie non destructive permet de caractériser la composition moléculaire et la structure externe d'un matériau.

On envoie un faisceau de lumière monochromatique sur l'échantillon à étudier et la lumière diffusée est analysée après avoir été recueillie par une autre lentille et envoyée dans un monochromateur permettant de mesurer son intensité grâce à un détecteur (monocanal type photomultiplicateur ou CPM, multicanal type CCD).

Plusieurs géométries de diffusion sont possibles. On collecte en général la lumière diffusée soit à 180 °, soit à 90 °. On peut également faire varier la polarisation des faisceaux incidents et diffusés.

La microspectroscopie Raman ou micro-Raman est une technique de mesure en microscopie :
en focalisant le faisceau laser sur une petite partie du milieu, on peut sonder les propriétés de ce milieu sur un volume de quelques µm³, par exemple utilisée pour analyser la formation et l'évolution de microfissures dans le domaine du nucléaire[1].

Modes de vibration (phonon)[modifier | modifier le code]

Une application de la spectroscopie Raman est la mesure des fréquences de vibration d'un réseau cristallin ou d'une molécule (phonons). Les modes de vibration qu'il est possible de mesurer par spectroscopie Raman sont :

  • les modes de vibration dont le vecteur d'onde est quasi nul (ou la longueur d'onde quasi infinie). Ceci est imposé par la conservation de la quantité de mouvement dans le processus de diffusion. Dans les solides, on ne peut donc avoir accès qu'au centre de la première zone de Brillouin ;
  • les modes de vibration qui provoquent une variation de la polarisabilité du milieu. Ces modes de vibration sont dits « actifs ».

De plus, parmi les modes actifs, certains ne sont détectables que dans une géométrie de diffusion donnée. Une analyse des symétries du cristal ou de la molécule permet de prédire quels modes de vibration seront détectables.

Excitations magnétiques (magnon)[modifier | modifier le code]

La spectroscopie Raman est également sensible aux ondes de spin (ou magnons). De même que pour les phonons, seuls les ondes de spin de vecteur d'onde quasi nul sont détectables.

Techniques spécialisées[modifier | modifier le code]

  • Diffusion Raman résonante
  • Diffusion Raman exaltée par effet de surface (SERS)
  • Diffusion Raman exaltée par effet de pointe (TERS)

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

Références[modifier | modifier le code]

  1. ASME Conference Proceedings  ; Characterization of Oxide Film on the Surface of SCC in PLR Pipe by Micro Raman Spectroscopy and Its Implication to Crack Growth Characteristics at Onagawa Nuclear Power Plant ; ASME Conf. Proc. / Year 2004 / 12th International Conference on Nuclear Engineering, Volume 1 ; Paper no. ICONE12-49400 pp. 83-92 doi:10.1115/ICONE12-49400 12th, Arlington, Virginia, USA