Die oberflächenverstärkte Raman-Streuung ist ein Phänomen, bei dem die normalerweise schwachen Lichtsignale, die mit der Raman-Streuung verbunden sind, viel stärker und leichter nachweisbar werden. Während die Raman-Spektroskopie ein nützliches Mittel zur Identifizierung von Molekülen ist, die in einem Material oder einer Lösung vorhanden sind, wird sie durch die Tatsache eingeschränkt, dass der Effekt sehr schwach ist, wobei normalerweise nur eines von 108 einfallenden Photonen dieser Art von Streuung unterliegt. Die oberflächenverstärkte Raman-Streuung führt dazu, dass dieser Effekt stark verstärkt wird, typischerweise um den Faktor 103 bis 106 und unter Umständen bis zu 1015. Die Verstärkung wird erreicht, wenn die untersuchten Moleküle in Kontakt mit oder in unmittelbarer Nähe zu a . sind Metalloberfläche mit einer Rauheit im Bereich von 10-100 Nanometer (nm). Silber, Gold und Kupfer liefern die besten Ergebnisse und werden meist in Form von Nanopartikeln eingesetzt.
Es wird angenommen, dass der Effekt erzeugt wird, wenn Plasmonen an der Metalloberfläche durch das Laserlicht erzeugt werden, das verwendet wird, um eine oberflächenverstärkte Raman-Streuung zu erreichen. Plasmonen sind elektromagnetische Wellen, die eine kurze Strecke über die Oberfläche des Metalls zurücklegen, wenn die Elektronenwolke des Metalls durch Licht angeregt wird. Winzige Unregelmäßigkeiten auf den Oberflächen der Nanopartikel scheinen den Effekt zu konzentrieren, der noch verstärkt wird, wenn die Nanopartikel in Clustern angeordnet sind. Das erzeugte elektromagnetische Feld scheint dann zu bewirken, dass Moleküle in unmittelbarer Nähe eine viel intensivere Raman-Streuung aufweisen, als dies normalerweise der Fall wäre. Es wird auch angenommen, dass die Chemie in einigen Fällen eine Rolle spielen könnte, aber die Forschung an einer vollständigen Erklärung ist im Gange.
Dieser Effekt hat zur Entwicklung der oberflächenverstärkten Raman-Spektroskopie (SERS) geführt, einer Technik, die den Anwendungsbereich der Raman-Spektroskopie erheblich erweitert und den Nachweis extrem kleiner Mengen verschiedener Substanzen ohne teure Instrumente ermöglicht. Um den oberflächenverstärkten Raman-Streueffekt zu maximieren, wird das zu untersuchende Material auf geeigneten Metallnanopartikeln, oft in einem Kolloid, abgeschieden. Wie bei der traditionellen Raman-Spektroskopie wird ein monochromatischer Laser verwendet, um die erforderliche Streuung zu erzeugen. Bevor das Streulicht analysiert wird, wird das intensivere Signal aufgrund der Rayleigh-Streuung herausgefiltert, um zu verhindern, dass es die Raman-Signale überwältigt.
Die stark verbesserte Empfindlichkeit der oberflächenverstärkten Raman-Streuung ermöglicht die Verwendung der Technik zum Nachweis zahlreicher chemischer Verbindungen in Spurenmengen. Es hat daher Anwendungen in der Forensik, Umweltüberwachung und Medizin. Metall-Nanopartikel können in lebende Zellen eingebracht werden, was es ermöglicht, mit SERS die zelluläre biochemische Aktivität zu untersuchen.