14 Descreva o efeito Raman e o efeito Brillouin. O que são linhas de Stokes e Anti-Stokes no espectro de um material?

Passo 1

O enunciado pede para descrever dois tipos de espalhamento inelástico de luz—efeito Raman e efeito Brillouin—e explicar o que são as linhas de Stokes e Anti-Stokes no espectro de um material. O conteúdo envolve espalhamento inelástico de fótons, níveis vibracionais e acústicos do meio e como isso gera deslocamentos de frequência no feixe de luz.

Passo 2

No efeito Raman, um fóton incidente interage com vibrações (modos ópticos) das moléculas do meio. Parte da energia do fóton é transferida para excitar ou desexcitar esses modos vibracionais, gerando fótons espalhados com frequência diferente da incidente. Esse espalhamento está associado a transições entre níveis vibracionais e é regido por regras de seleção que dependem da polarizabilidade da molécula.

Passo 3

No efeito Brillouin, o espalhamento inelástico ocorre por interação do fóton incidente com ondas acústicas (flutuações de densidade) no meio. Em vez de modos vibracionais ópticos, são ondas sonoras (fônons acústicos) que trocam energia com o fóton. Os deslocamentos de frequência são menores (tipicamente na faixa de GHz) e estão relacionados à velocidade do som e ao índice de refração do material.

Passo 4

As linhas de Stokes e Anti-Stokes surgem tanto no Raman quanto no Brillouin. Linhas de Stokes ocorrem quando o fóton espalhado perde energia para o meio, saindo com frequência menor que a incidente. Linhas de Anti-Stokes acontecem quando o fóton ganha energia de um modo já excitado no meio, saindo com frequência maior que a incidente. Em geral, as linhas de Anti-Stokes são menos intensas devido à menor população dos modos excitados em equilíbrio térmico.

Resposta

Efeito Raman: espalhamento inelástico de fótons por modos vibracionais ópticos das moléculas, gerando deslocamentos de frequência típicos de vibrações químicas. Efeito Brillouin: espalhamento inelástico de fótons por fônons acústicos (ondas de densidade) no material, com deslocamentos de frequência menores, ligados à velocidade do som. Linhas de Stokes: fótons espalhados perdem energia (frequência menor que a incidente). Linhas de Anti-Stokes: fótons espalhados ganham energia (frequência maior que a incidente).

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