Virsmas uzlabotā Ramana izkliede ir parādība, kurā parasti vājie gaismas signāli, kas saistīti ar Ramana izkliedi, kļūst daudz spēcīgāki un vieglāk nosakāmi. Lai gan Ramana spektroskopija ir noderīgs līdzeklis, lai identificētu materiālā vai šķīdumā esošās molekulas, to ierobežo fakts, ka efekts ir ļoti vājš, un parasti tikai viens no katriem 108 ienākošajiem fotoniem ir pakļauts šāda veida izkliedei. Virsmas uzlabotās Ramana izkliedes rezultātā šis efekts tiek ievērojami pastiprināts, parasti ar koeficientu 103 līdz 106, un dažos gadījumos līdz pat 1015. Uzlabojums tiek panākts, kad pētāmās molekulas ir saskarē ar vai atrodas tiešā tās tuvumā. metāla virsma ar raupjumu 10-100 nanometri (nm) mērogā. Sudrabs, zelts un varš sniedz vislabākos rezultātus, un tos parasti izmanto nanodaļiņu veidā.
Tiek uzskatīts, ka efekts rodas, ja lāzera gaismā tiek radīti plazmoni uz metāla virsmas, ko izmanto, lai panāktu virsmas uzlabotu Ramana izkliedi. Plazmoni ir elektromagnētiskie viļņi, kas pārvietojas nelielā attālumā pa metāla virsmu, kad metāla elektronu mākoni stimulē gaisma. Sīki nelīdzenumi uz nanodaļiņu virsmām, šķiet, koncentrē efektu, kas vēl vairāk palielinās, kad nanodaļiņas tiek sakārtotas klasteros. Šķiet, ka ģenerētais elektromagnētiskais lauks liek molekulām tiešā tuvumā demonstrēt daudz intensīvāku Ramana izkliedi, nekā tas būtu parasti. Tiek arī uzskatīts, ka dažos gadījumos ķīmijai varētu būt nozīme, taču turpinās pētījumi, lai iegūtu pilnīgu skaidrojumu.
Šis efekts ir novedis pie virsmas uzlabotas Ramana spektroskopijas (SERS) izstrādes – tehnikas, kas ir ievērojami paplašinājusi Ramana spektroskopijas darbības jomu, ļaujot noteikt ārkārtīgi mazus dažādu vielu daudzumus, neizmantojot dārgus instrumentus. Lai maksimāli palielinātu virsmas uzlaboto Ramana izkliedes efektu, pētāmais materiāls tiek nogulsnēts uz piemērotām metāla nanodaļiņām, bieži vien koloīdā. Tāpat kā tradicionālajā Ramana spektroskopijā, vajadzīgās izkliedes radīšanai tiek izmantots monohromatisks lāzers. Pirms izkliedētās gaismas analīzes tiek izfiltrēts intensīvāks signāls, ko rada Reilija izkliede, lai tas nepārslogotu Ramana signālus.
Virsmas uzlabotās Ramana izkliedes ievērojami uzlabotā jutība ļauj izmantot šo paņēmienu, lai noteiktu daudzos ķīmiskos savienojumus. Tāpēc to var izmantot tiesu zinātnē, vides monitoringā un medicīnā. Metāla nanodaļiņas var ievadīt dzīvās šūnās, ļaujot izmantot SERS, lai izpētītu šūnu bioķīmisko aktivitāti.