Imprăștirea Raman îmbunătățită la suprafață este un fenomen prin care semnalele luminoase în mod normal slabe care sunt asociate cu împrăștierea Raman devin mult mai puternice și mai ușor de detectat. În timp ce spectroscopia Raman este un mijloc util de identificare a moleculelor prezente într-un material sau într-o soluție, este limitată de faptul că efectul este foarte slab, cu în mod normal doar unul din 108 fotoni care intră supuși acestui tip de împrăștiere. Împrăștierea Raman îmbunătățită la suprafață are ca rezultat amplificarea semnificativă a acestui efect, de obicei cu un factor de 103 până la 106 și, în unele circumstanțe, până la 1015. Îmbunătățirea se realizează atunci când moleculele investigate sunt în contact cu sau în apropierea acestuia. suprafata metalica care are rugozitate pe scara de 10-100 nanometri (nm). Argintul, aurul și cuprul dau cele mai bune rezultate și sunt de obicei folosite sub formă de nanoparticule.
Se crede că efectul este produs atunci când plasmonii sunt creați la suprafața metalului de către lumina laser utilizată pentru a obține o împrăștiere Raman îmbunătățită la suprafață. Plasmonii sunt unde electromagnetice care parcurg o distanță scurtă pe suprafața metalului atunci când norul de electroni al metalului este stimulat de lumină. Neregulile minuscule de pe suprafețele nanoparticulelor par să concentreze efectul, care este crescut și mai mult atunci când nanoparticulele sunt aranjate în grupuri. Câmpul electromagnetic generat pare să determine ca moleculele din imediata apropiere să demonstreze o împrăștiere Raman mult mai intensă decât ar fi cazul în mod normal. De asemenea, se crede că chimia ar putea juca un rol în unele cazuri, dar cercetările pentru o explicație completă sunt în curs de desfășurare.
Acest efect a condus la dezvoltarea spectroscopiei Raman îmbunătățite de suprafață (SERS), o tehnică care a extins foarte mult domeniul de aplicare al spectroscopiei Raman, permițând detectarea unor cantități extrem de mici de diferite substanțe fără a fi nevoie de instrumente costisitoare. Pentru a maximiza efectul de împrăștiere Raman îmbunătățit la suprafață, materialul investigat este depus pe nanoparticule de metal adecvate, adesea într-un coloid. Ca și în cazul spectroscopiei Raman tradiționale, un laser monocromatic este utilizat pentru a produce împrăștierea necesară. Înainte ca lumina împrăștiată să fie analizată, semnalul mai intens datorat împrăștierii Rayleigh este filtrat pentru a preveni copleșirea semnalelor Raman.
Sensibilitatea mult îmbunătățită a împrăștierii Raman îmbunătățită la suprafață permite ca tehnica să fie utilizată pentru a detecta numeroși compuși chimici în urme. Prin urmare, are aplicații în știința criminalistică, monitorizarea mediului și medicină. Nanoparticulele de metal pot fi introduse în celulele vii, făcând posibilă utilizarea SERS pentru a investiga activitatea biochimică celulară.