La dispersión Raman mejorada en la superficie es un fenómeno por el cual las señales de luz normalmente débiles que están asociadas con la dispersión Raman se vuelven mucho más poderosas y más fácilmente detectables. Si bien la espectroscopía Raman es un medio útil para identificar moléculas presentes en un material o solución, está limitada por el hecho de que el efecto es muy débil, y normalmente solo uno de cada 108 fotones entrantes está sujeto a este tipo de dispersión. La dispersión Raman mejorada en la superficie da como resultado que este efecto se amplifique en gran medida, generalmente en un factor de 103 a 106, y en algunas circunstancias hasta 1015. La mejora se logra cuando las moléculas bajo investigación están en contacto con, o muy cerca de, un superficie de metal que tiene una rugosidad en la escala de 10-100 nanómetros (nm). La plata, el oro y el cobre dan los mejores resultados y, por lo general, se emplean en forma de nanopartículas.
Se cree que el efecto se produce cuando se crean plasmones en la superficie del metal mediante la luz láser utilizada para lograr una dispersión Raman mejorada en la superficie. Los plasmones son ondas electromagnéticas que viajan una corta distancia a través de la superficie del metal cuando la nube de electrones del metal es estimulada por la luz. Pequeñas irregularidades en las superficies de las nanopartículas parecen concentrar el efecto, que aumenta aún más cuando las nanopartículas se organizan en grupos. El campo electromagnético generado parece hacer que las moléculas en las inmediaciones demuestren una dispersión Raman mucho más intensa de lo que sería normalmente el caso. También se cree que la química podría desempeñar un papel en algunos casos, pero la investigación hacia una explicación completa está en curso.
Este efecto ha llevado al desarrollo de la espectroscopía Raman mejorada de superficie (SERS), una técnica que ha ampliado enormemente el alcance de la espectroscopía Raman, permitiendo la detección de cantidades extremadamente pequeñas de diversas sustancias sin la necesidad de instrumentos costosos. Para maximizar el efecto de dispersión Raman mejorado en la superficie, el material bajo investigación se deposita sobre nanopartículas metálicas adecuadas, a menudo en un coloide. Al igual que con la espectroscopia Raman tradicional, se utiliza un láser monocromático para producir la dispersión requerida. Antes de que se analice la luz dispersa, la señal más intensa debido a la dispersión de Rayleigh se filtra para evitar que abrume las señales Raman.
La sensibilidad muy mejorada de la dispersión Raman mejorada en la superficie permite que la técnica se utilice para detectar numerosos compuestos químicos en cantidades traza. Por tanto, tiene aplicaciones en ciencia forense, vigilancia ambiental y medicina. Las nanopartículas metálicas se pueden introducir en células vivas, lo que permite utilizar SERS para investigar la actividad bioquímica celular.