Toepassingen in beeldvorming en detectie hebben doorgaans betrekking op de emissie van licht met een andere golflengte dan de excitatie, of "secundaire lichtemissie." De interpretatie van resonante secundaire lichtemissie in termen van fundamentele processen is al 40 jaar controversieel. In dit werk, onderzoekers ontdekten dat resonante elektronische Raman-verstrooiing en resonante fluorescentie beide nuttige beschrijvingen kunnen zijn van de secundaire emissie.

"Plasmonische nanostructuren zijn van groot actueel belang als chemische sensoren, in vivo beeldvormende middelen, en voor fotothermische therapieën, " legde David G. Cahill uit, een Willett Professor en hoofd van de afdeling Materials Science and Engineering aan de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign. "Toepassingen in beeldvorming en detectie omvatten typisch de emissie van licht op een andere golflengte dan de excitatie, of 'secundaire lichtemissie'. De interpretatie van resonante secundaire lichtemissie in termen van fundamentele processen is al 40 jaar controversieel."

"In dit werk, we wijzen erop dat resonante elektronische Raman-verstrooiing en resonante fluorescentie beide nuttige beschrijvingen kunnen zijn van de secundaire emissie, voegde Cahill eraan toe. "Een beter begrip van deze principes en hun beperkingen kan resulteren in verbeterde biologische en medische beeldvormingsmodaliteiten."

Fluorescentie is een relatief bekend proces waarbij licht van één kleur of golflengte wordt geabsorbeerd door een materiaal, bijv. een organische kleurstof of een fosfor, en dan wordt er na een korte tijdspanne licht in een andere kleur uitgestraald. Bij Ramanverstrooiing, de golflengte van licht wordt verschoven naar een andere kleur in een onmiddellijke verstrooiingsgebeurtenis. Ramanverstrooiing is niet gebruikelijk in het dagelijks leven, maar is een cruciaal instrument van analytische chemie.

"Lichtemissie van plasmonische nanostructuren bij golflengten korter dan de golflengte van gepulseerde laserexcitatie wordt meestal beschreven als de gelijktijdige absorptie van twee fotonen gevolgd door fluorescentie, die veel wordt gebruikt in biologische beeldvorming, " legde Jingyu Huang uit, eerste auteur van het artikel dat verschijnt in de Proceedings van de National Academy of Sciences . "Echter, we ontdekten dat door de emissie te modelleren als Raman-verstrooiing van elektron-gatparen kan voorspellen hoe de lichtemissie afhangt van laservermogen, duur van de polsslag, en golflengte.

"Omdat we meer begrijpen van het mechanisme van dit soort lichtmissies, we kunnen helpen om de biologische en medische beeldvormingsexperimenten beter te ontwerpen, en tegelijkertijd kunnen we ook meer inzicht krijgen in de brede achtergrond van oppervlakteversterkte Raman-verstrooiing die ook verband houdt met dit soort lichtemissie, Huang toegevoegd.