Moleculen bestuderen op nanoniveau via lichtverstrooiing

(17-02-2022) Kristof Reynkens onderzoekt in zijn doctoraat hoe moleculen op nanoniveau kunnen bestudeerd worden via Ramanspectroscopie waardoor de techniek ook buiten een labo-omgeving gebruikt kan worden.

Ramanspectroscopie is erg in trek omdat het gedetailleerde informatie geeft over de eigenschappen van atomen en moleculen van een stof. Via Ramanspectroscopie bestudeert/meet men de vibraties van atomen en moleculen in een systeem wanneer men er een laser op richt, dus op een niet-invasieve manier.

Deze vorm van spectroscopie is gebaseerd op inelastische verstrooiing of ramanverstrooiing van monochromatisch licht (één golflengte, bijvoorbeeld een laser). Deze inelastische verstrooiing is een fysisch effect waarbij het licht een energieverschuiving ondergaat tijdens het strooien. Dit effect noemt men het Ramaneffect. De techniek werd genoemd naar de Indiase wetenschapper Sir Chandrasekhara Venkata Raman. Hij ontdekte het effect in 1928 en won hiervoor in 1930 de Nobelprijs voor Natuurkunde. Pas na de ontwikkeling van de laser werd Ramanspectroscopie populair.

“Ramanspectroscopie is ondanks zijn vele kwaliteiten nog altijd voornamelijk beperkt tot een labo-omgeving omdat er omvangrijke en dure apparatuur (lasers, detectoren en microscopen) nodig is om het zwakke lichtverstrooiingsproces te meten. Hierdoor is recent een grote interesse ontstaan om het spectroscopisch systeem te verkleinen zodat het geïntegreerd kan worden op een optische chip van enkele millimeters groot. Daardoor wordt het goedkoper, compacter en dus geschikt voor massaproductie”, legt Kristof uit.

“Er zijn echter ook nog twee problemen die opgelost dienen te worden. Enerzijds is de versterking van het Ramansignaal op de chip niet voldoende waardoor men nog steeds gebruik dient te maken van diep-gekoelde detectoren en deze zijn moeilijk te integreren op een chip. En anderzijds word er in de kern van de golfgeleiders op de chip een ongewenste fotonische achtergrond gegenereerd die de detectie verstoort”

“In mijn doctoraat heb ik aangetoond dat de ongewenste fotonische achtergrond sterk gereduceerd kan worden en daarnaast heb ik het pad verder uitgewerkt om in de toekomst het Ramansignaal op de chip verder te versterken zodat er geen diep-gekoelde detectoren meer nodig zijn. Hierdoor komt het gebruik van Ramanspectroscopie buiten de labo-omgeving een grote stap dichterbij”, besluit Kristof.

Lees het volledige doctoraat

-

Titel doctoraat: Ramanspectroscopie op een chip: uitdagingen door en oplossingen voor achtergrondsignalen

-

ContactKristof Reynkens, Roel Baets, Stéphane Clemmen

Kristof Reynkens

Kristof Reynkens werd geboren op 9 maart 1992 in Hasselt. Hij behaalde een bachelor in de ingenieurswetenschappen aan de KU-Leuven in 2014. Nadien behaalde hij een master in nanowetenschappen, nanotechnologieën en ingenieurswetenschappen aan de KU-Leuven in 2016.

Van 2016 tot2021 werkte hij aan zijn doctoraatsthesis in de onderzoeksgroep fotonica aan de Universiteit Gent onder begeleiding van Roel Baets en Stéphane Clemmen. Zijn thesiswerk is gewijd aan inelastische verstrooiingsspectroscopie (zowel Raman als Brillouin) die mogelijk gemaakt wordt door fotonica geïntegreerde circuits. De in het kader van het proefschrift verkregen resultaten zorgen voor verbeteringen die een meer haalbare integratie van Raman-sensoren met hun instrumentatie (laser, spectrometers, filters) mogelijk maken. Zijn werk resulteerde in twee A1-publicaties in peer-reviewed tijdschriften.

-

Redacteur: Jeroen Ongenae – Eindredactie: Ilse Vercruysse - Illustrator: Roger Van Hecke