Cho một lượng tử ánh sáng hγ0 đập vào phân tử, nếu quá trình là đàn hồi- nghĩa là tán xạ Rayleigh của lượng tử có năng lượng hγ0, có xác xuất cao nhất. Nếu quá trình tán xạ không đàn hồi, năng lượng dao động được trao đổi có xác xuất thấp hơn nhiều, được gọi là tán xạ Raman.
Hình 2.7 là sơ đồ tán xạ Raman khi một photon bắn lên phân tử [9]. Lúc đó, phân tử sẽ phát xạ một lượng tử có năng lượng hγ0 = hγR ± hγs. Các vạch Raman xuất hiện ứng với (hγ0- hγs) gọi là stokes, ứng với (hγ0 + hγs) gọi là anti-stokes. Hơn nữa, quá trình Raman truyền năng lượng dao động cho phân tử tồn tại ở năng lượng thấp (hγ0 - hγs) có xác xuất xảy ra cao hơn so với quá trình ngược lại. Vì vậy, các vạch stokes thường có cường độ lớn hơn các vạch anti-stokes.
Sự phát hiện bằng thực nghiệm của tán xạ không đàn hồi, Raman và Krishnan tìm thấy lần đầu tiên. Cùng với tiến bộ của khoa học và kỹ thuật, nguồn ánh sáng kích thích từ mặt trời được thay thế bằng laser, các detector ban đầu bằng mắt được thay bằng các CCD (charge transfer devices). Đến nay, kỹ thuật Raman được ứng dụng hầu hết trong các lĩnh vực nghiên cứu.
Hình 2.7
Sơ đồ tán xạ Raman
Trên cở sở, phân tử có N nguyên tử thì có 3N-5 dao động độc lập trong hệ toạ độ Đề các bao gồm cả dao động tịnh tiến và chuyển động quay. Trong
hγR+ = hγ0 + hγs
phân tử hγ0
phân tử, mỗi nguyên tử có một đối xứng vị trí tương ứng với đối xứng không gian của phân tử. Bởi vậy, số dao động của phân tử trong bao gồm tất cả các dao động mạng nguyên tử trong phân tử. Nếu cấu trúc tinh thể thay đổi thì sự tương quan giữa dao động mạng nguyên tử của nhóm điểm và nhóm không gian của phân tử thay đổi, là cơ sở cho việc khảo sát động học cấu tạo phân tử bằng phổ tán xạ Raman.
Các phép đo khảo sát cấu tạo phân tử và động học phân tử của màng mỏng VO2 được thực hiện trên máy LABLAM-1B của Viện KHVL, Viện HLKH&CN Việt Nam. Khảo sát cấu tạo phân tử của mẫu được thực hiện trên máy T-64000 của Khoa Vật lý, Đại học Sư phạm Hà Nội.