Surface Plasmon trên bề mặt gồ ghề

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG BÁO CÁO CÔNG NGHỆ NANO Đề tài: Surface Plasmon bề mặt gồ ghề Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Họ tên Vũ Hùng Cường Trương Ngọc Tuấn PGS.TS Đào Ngọc Chiến SHSV Lớp 20106059 20106084 KT, ĐT-Truyền thông-K55 KT, ĐT-Truyền thông-K55 Hà Nội, 12 –2014 Báo cáo công nghệ Nano Mục Lục Surface Plasmon bề mặt gồ ghề 3.1 Phát xạ ánh sáng cộng hưởng quan sát với thiết bị ATR 3.2 Phép đo độ gồ ghề 3.2.1 Các thích mặt lý thuyết 3.2.2 Xác định tham số độ gồ ghề 11 3.3 Hướng tán xạ 15 3.4 Độ gồ ghề mức độ gồ ghề bề mặt 17 3.4.1 Độ gồ ghề bền mặt 17 3.4.2 Mức độ gồ ghề xạ SPs 19 3.5 Đo độ gồ ghề bề mặt ống kính hiển vi điện tử 21 3.6 Độ gồ ghề bề mặt mặt phẳng dẫn sóng 22 Tài liệu tham khảo 25 Page Báo cáo công nghệ Nano Surface Plasmon bề mặt gồ ghề  Trong chương này, ảnh hưởng độ gồ ghề nhỏ (    10 A ) lên SPs đo phương pháp ATR, trình bày phần trước Kết đáng lưu ý phát xạ cộng hưởng ánh sáng sinh khớp nối SP-photon có gồ ghề Sự phân bố góc phát tia sáng cho phép ta xác định thông số mặt gồ ghề cách sử dụng phương pháp xấp xỉ tuyến tính lý thuyết tán xạ ánh sáng 3.1 Phát xạ ánh sáng cộng hưởng quan sát với thiết bị ATR Nhìn vào bề mặt phim bạc mỏng đặt phía đáy lăng kính nửa ống hình trụ thủy tinh đặt vị trí hình 3.1, ta thấy phát xạ ánh sáng cường độ mạnh hệ thức tán xạ thõa mãn ánh sáng phản xạ trở lại có cường độ mức tối thiểu, thể hình 3.1 [2.8] Những thí nghiệm chứng minh rằng: a) Sự kích thích SPs phim kim loại mỏng tiếp xúc trực tiếp với lăng kính thủy tinh tạo ATR mức tối thiểu b) SPs lan truyền trên bề mặt gồ ghề xạ ánh sáng vào không gian theo hình Lorentzian khớp nối SP-photon c) Cường độ ánh sáng mạnh trường hợp cộng hưởng cho ta thấy trường điện từ mạnh lớp tiếp giáp khơng khí/kim loại (gọi trường tăng cường) Trong hình 3.2 xạ tăng cường biểu hiện: biểu thị cường độ cực đại sóng phản xạ khác theo hệ thức tán xạ Các số đường cong trung bình: n sin 0   sin 0  1' / (1  1' ) cho giao điểm hệ thức tán xạ đường thẳng biểu đồ (  , k ) với độ dốc (c / n) sin0 , xem hình 2.7 Thay đổi n sin 0 cách chọn giá trị  khác 0  const , giá trị cực đại quan sát hình 3.2a Trong hình 3.2b thí nghiệm tương ứng thực với   const góc tới khác  [2.9] Thí nghiệm chứng minh ảnh hưởng rõ rệt bề mặt gồ ghề lên SPs phát xạ ánh sáng Các SPs không xạ trở nên xạ Việc tăng cường xạ thể số lượng nhân tố t012 (3.1) Page Báo cáo cơng nghệ Nano Hình 3.1 Nếu SPs kích thích đạt tối đa góc cộng hưởng  , cường độ phản xạ qua mức tổi thiểu (trên bên phải), đồng thời phát xạ ánh sáng cực đại khớp nối SP với photon thông qua bề mặt gồ ghề (dưới bên trái) Cả hai phương pháp cho phép thí nghiệm chi tiết với SPs  có nghĩa hướng quan sát cố định Từ [2.4] Page Báo cáo công nghệ Nano  Hình 3.2 (a) phát xạ ánh sáng bề mặt gồ ghề,  5A khớp nối photons với SPs, xem hình 3.1 (phía bên trái) Kích thích cộng hưởng SP tạo P tăng cường t012 trường điện từ bề mặt phim, cường độ trường điện từ mạnh với vước sóng dài Cường độ phát vẽ (a) hàm bước sóng ánh sáng đến  với tỷ lệ góc giữ cố định Sự kích thích cực đại bước sóng  khác chứng tỏ việc tăng cường trường xạ phản ánh hệ thức  tán xạ SP Lưu ý thang logarit ! ảnh hưởng phụ thấy:   3200 A bạc có độ suốt cực đại, trường xạ xuất phép đo với sóng phân cực thẳng ( -) đến từ ánh sáng tán xạ mặt phân cách bạc/thạch anh Từ [2.8] (b) Sự phát xạ ánh sáng tương tự, hàm của góc tới  , thực với Ag Au số  Sự tăng cường xạ phát cộng hưởng điều hiển nhiên Hai kim loại sử dụng có độ nhạy khác Cả hai đường cong chứng tỏ biến dạng Lorentz Từ [2.9] 3.2 Phép đo độ gồ ghề 3.2.1 Các thích mặt lý thuyết Ánh sáng tán xạ có cường độ mạnh Hình 3.2 sử dụng để cung cấp cho ta thông số độ gồ ghề bề mặt bạc sử dụng Các lý thuyết liên quan đến trình phát triển vào năm 1974 Kretschmann [3.1] áp dụng để đánh giá lý thuyết thực nghiệm Mối quan hệ cường độ ánh sáng phát dI góc khối d , với I cường độ ánh sáng phân cực p, đưa ban đầu lấy xấp xỉ tuyến tính với  ≪  (pha thay đổi theo hướng z)  ≪  biểu thức: dI 1  P    Io d   c  p Với  góc tới, t012 loại/khơng khí (2.25); s(k x ) o W   cos 0 p t012 s  k x  (3.1) hệ số Fresnel hai bề mặt chung thạch anh/kim biến đổi Fourier hàm tương quan (2.47), W ( ) hàm lưỡng cực Hai hàm sau xác định phân bố góc xạ phát Hàm lưỡng cực W thể đặc tính xạ cường độ tín hiệu phát nhất, s(k x ) mô tả mối tương quan với lưỡng cực xung Page Báo cáo công nghệ Nano quanh khớp nối photon có gồ ghề, thấy mục 2.9 Thuật ngữ k x giải thích (2.50) Cường độ phát tỷ lệ  ,  điện mơi nửa hình trụ thủy tinh, chủ yếu SiO2 Thuật ngữ xấp xỉ tuyến tính bắt nguồn từ hình thành trường bề mặt gồ ghề, từ trường Hy:   Hy  H y  H y (0)  S ( x)     z  z 0 (3.2) Để tính tốn cường độ ánh sáng phát giá trị H y cần thiết, giá trị S  0, S ( x)2   có tác động (2.44) Do xấp xỉ tuyến tính đưa phương trình bậc hai phụ thuộc vào  Hàm W ( ) chia thành ba thành phần Wx, Wy, Wz, diễn tả sau: Một phương pháp tiếp cận lý thuyết để có (3.1) bắt đầu với mơ hình dịng phân cực gây trường điện từ Bây có ba thành phần x, y, z, thành phần tác động lưỡng cực Hertz bề mặt kim loại Ba thành phần lưỡng cực Hertz liên kết với ba thành phần W ( ) Vị trí tương đối mặt phẳng quan sát mặt phẳng tới đo góc  , xác định thành phần đến trạng thái hoạt động Phương pháp thông thường mà ta thực quan sát  = 0, tức hai mặt phẳng (1,2) song song, xem hình 3.3 Hàm lưỡng cực với  = cho [3.2,3]:  sin  W ( )  A( , 1 )sin  1   1  2 1/2      sin  (3.3) Page Báo cáo cơng nghệ Nano Hình 3.3 Các thành phần thí nghiệm xếp hình vẽ cho mặt phẳng tới (1) mặt phẳng quan sát (2) nghiêng góc  (1)  : Góc tới,  : góc quan sát; p cho biết hướng phân cực Nếu vector phân cực p nằm vng góc (song song) với mặt phẳng quan sát, gọi phân cực s (phân cực p) Hai mũi tên ngắn gốc biểu thị thành phần x z xạ lưỡng cực Theo [2.4] A( , 1 )  1   1  1  tg 2 1 (3.4) Góc  mặt phẳng phân cực mặt phẳng quan sát:  = ° hai mặt phẳng vng góc (phân cực s)  = 90 ° hai mặt phẳng song song (phân cực p) Phương trình (3.3) cho thấy ánh sáng phân cực s, tức ánh sáng vng góc với mặt phẳng quan sát  = không tồn mặt lý thuyết xấp xỉ tuyến tính Ánh sáng phát (ánh sáng p) với cường độ cực đại theo hướng ngược hình 3.4 chứng tỏ kết nhiễu ánh sáng phát thành phần tiếp Page Báo cáo công nghệ Nano tuyến (x) thành phần pháp tuyến lưỡng cực (z) Hiện tượng nhìn thấy trực tiếp từ (3.3): thuật ngữ sin  / 1 không tiến tới 1, hệ thức 1  sin   cho ta giá trị   00 lớn cho so với   00 (theo hướng truyền) Kết lý thuyết hình 3.4 khơng thể xác minh trực tiếp thí nghiệm yếu tố chưa biết s(k x ) có ảnh hưởng mạnh mẽ thay đổi phân bố góc ánh sáng phát biểu thị hình 3.5 Điều cho ta khả xác định giá trị s(k x ) Hình 3.4 Tính tốn hàm lưỡng cực W ( ) với  = 0,  = 5500 A , Bạc,  max = -55°,  khơng có thay đổi đáng kể Sự tán xạ ngược yếu tố đáng ý, kết can thiệp ánh sáng phát từ thành phần x z lưỡng cực Hàm số độ gồ ghề s(k ) , xem (3.1) có thay đổi nhiều hơn, xem hình 3.5 Từ [2.4] Page Báo cáo cơng nghệ Nano Hình 3.5 Phân bố cường độ từ bề mặt gồ ghề  =   góc tới góc quan sát Ánh sáng đến ánh sáng phân cực p Phân bố góc ánh sáng p (  = 90°) xác định chủ yếu độ gồ ghề bề mặt Ánh sáng yếu s (  = 0°) bị cản trở việc quan sát xấp xỉ tuyến tính Từ [3.2]  Ghi thêm Một điều thú vị xem xét trường hợp  = 90, qua mặt phẳng 1, xem hình 3.3 Từ hình dạng cho phép kiểm soát khái niệm lý thuyết Tính tốn phụ thuộc vào  = cho độ gồ ghề với  ≫ W  A( ,  ) cos  cho  = 90° (3.5) W  A( ,  )sin  Để biểu thức xác xem [3.2] Độ gồ ghề thực tế không ảnh hưởng  k x thay đổi  = +90 -90, xem (2.50) Chuyển hướng quan sát xung quanh trục x mặt phẳng quan sát (y, z) với thành phần phân tích vng góc với mặt phẳng quan sát (ánh sáng "phân cực s "), ta thấy thành phần lưỡng cực x phân bố  = Hình 3.6 Trong trường hợp  = 90, phân cực mặt phẳng quan sát phân bố thành phần y lưỡng cực Cả hai phân bố  = 0°  = 90° xác định với biểu thức tính tốn [3.2] Tại  = 90, Page Báo cáo cơng nghệ Nano cường độ nhỏ cịn lại cho thấy sai lệch lý thuyết có ảnh hưởng xem Hình 3.12 Hình 3.6 Cường độ phân bố từ bề mặt gồ ghề  = 90, hướng quan sát xung quanh trục x, xem Hình 3.3, với phận phân tích vng góc (  = 0°) song song với mặt phẳng quan sát (  = 90°)  góc quan sát Bạc, dày 700 A ,  = 5000 A Từ [2.4]  Thí nghiệm đáng ý Việc bố trí thí nghiệm để đo góc phân bố cường độ trình bày Hình 3.7 phù hợp với tượng phản xạ tán xạ Tại lớp tiếp giáp khơng khí/kim loại phim kim loại, SPs kích thích Tấm film lắng đọng sau trình bay thạch anh (bề dày  1mm), giữ lại lăng kính nửa hình trụ trịn (P) ngâm dầu tiếp xúc quang Hệ thống giữ cố định giác kế (G) Chùm ánh sáng (L), laser bóng đèn xeon đơn sắc có cơng suất lớn, qua đồng (C), lăng kính phân cực (P1, P2), màng ngăn (BL1), ống kính hình trụ ZL để bù khúc xạ bề mặt ống hình trụ chùm ánh sáng gần song song tới đập vào bề mặt phim kim loại Bộ dò dùng photomultipliers (PM) photodiodes (PD) Các tín hiệu ghi lại khóa (LI) khuếch đại Page Báo cáo công nghệ Nano không, khoảng 10-7 Torr [3.5] 3-4 x 10-8 Torr [3.6] mà khơng có tiếp xúc với khơng khí Rõ ràng kết tinh đến sau Sự đo lường thực tổng thể sau khoảng trôi qua liệu SP không thay đổi Sau ngày mẫu phát xạ khơng khí thay đổi ô nhiễm, liệu trở nên không sử dụng Độ nhạy phương pháp cải thiện đáng kể, có mối liên quan đến 4x10 deg phát buồng ống chân không với 3-4 x 10-8 Torr [3.6] Q trình hấp thụ diễn , ví dụ hấp thụ O2 khoảng 2% bề mặt film bạc phát Mức độ tán xạ lớn cho phép quan sát thay đổi bề mặt gồ ghề Chi tiết xem [3.6] -4 Hầu hết thí nghiệm SPs thực với bạc, bạc có đặc điểm thuận lợi hạn chế chât hóa học với nồng độ cao Tính quang học phù hợp từ  ’’ vùng nhìn thấy nhỏ,…ví dụ so sánh với vàng, mà SPs nhỏ Tại bước sóng  = 6000 A giá trị  ’’/2|  ’|2 với bạc 1x10-3, nhiên với vàng 1x10-2 Thay đổi nhỏ chiều rộng vị trí ATR phát Hơn o nặng lượng khối lượng plasmon (3.78  0.02  = 3270 A ) bề mặt o plasmon (3.6  0.02  = 3450 A ) gần hơn, cấu trúc bạc cho chấp nhận quang phổ laser thông thường Cuối cùng, kim loại bạc dễ để dát o mỏng khoảng 102 A phương pháp bốc 3.2.2 Xác định tham số độ gồ ghề Cấu hình  =0 thơng số đặc biệt cho phép đo lường hàm số độ p gồ ghề |s(  kx)|2 sử dụng (3.1) Giá trị P(  ) = (1/I0)dI/d  đo, thừa số t012 |W(  )|2 tính tốn với  1(w) có từ xếp ATR tối thiểu bề mặt bạc, thơng có có |s(  kx)|2, đồ thị ln |s(  kx)|2 hàm (  kx)2 o mơ tả đồ thị tuyến tính  kx >10-3 A 1 tương quan hàm số Gauss, xem hình 3.8 ln |s(  kx)|2 = ln 2   -   kx2 4 (3.6) Page 11 Báo cáo cơng nghệ Nano Hình 3.8 Hàm số độ gồ ghề quan sát |s(  kx)|2 hàm (  kx)2 cho film bạc, có bề dày 550 A bước sóng khác Các mũi tên  =0o kx   ( / c)sin 0 , quan sát theo pháp tuyến bề mặt Góc khối của phát ánh sáng   =4x10-3sr Ánh sáng tán xạ ngược, nằm phía bên phải đường cong xác đinh độ gồ ghề bề mặt bạc Từ [3.1] Độ dốc  ngoại suy tuyến tính với  kx =  Giá trị tham số độ gồ ghề có với phương pháp lấy từ bảng 3.1 [3.12] Các tham số đo miền k z cho bảng 3.1 Tán xạ ngược mạnh  kx 4.4 Å Cu mica: ζ>5.8Å Trong thí nghiệm với phim nhơm dày 340Å, sử dụng thiết bị ATR cho hệ sóng hài bậc (xem hình 2.30), giá trị độ gồ ghề xác định từ ánh sáng tán xạ 2ω Giá trị thu là: ζ=25Å ζ=1390Å[3.16] Những thí nghiệm thực thạch anh/kim loại/khơng khí, hình 2.8 Tán xạ đo thạch anh/ khơng khí/ kim loại thuận lợi để xử lý, cho ζ~5Å phim bạc mỏng[3.11] Ta phải nhớ thí nghiệm với tán xạ ánh sáng cho giá trị X-quang hiệu tham số độ gồ ghề miền giới hạn Δkx đưa khu o vực quét θ, khoảng  2 /  , miền ánh sáng nhìn thấy  2.5 103 A1 o (xem bảng 3.1) X-quang 1.5 105 đến khoảng 104 A 1 Nó câu hỏi mở với miền Δkx mơ tả hàm Gauss tham số tương tự, để có thông tin này, phép đo phải thực với bước sóng khác mẫu Trong hồ sơ thống kê bề mặt gồ ghề, trường hợp màng kim loại mỏng bốc hơi, xếp tinh thể có hình dạng bên ngồi đường kính khác Có thể kết luận từ kết thảo luận chương này, xếp mơ tả khu vực ánh sáng nhìn thấy hàm tương quan Gauss Page 14 Báo cáo công nghệ Nano 3.3 Hướng tán xạ Trên bề mặt gồ ghề, SP nằm rải rác bề mặt, ngồi đạo kx mà khơng thay đổi giá trị gọi “tán xạ định hướng”, hình 3.9 (3.7) Với k  k x Các plasmon thu trị khác k  kx sin  / từ phổ độ k gồ ghề góc lệch  Các SP lệch lan truyền bề mặt kim loại phát ánh sáng góc độ phản xạ vào mặt sau kim loại, hình 3.10, q trình mơ tả [3.10,17] Bằng cách tương tác bậc Góc  nằm khoảng từ đến 180 , đó, vịng trịn ánh sáng tạo chụp ảnh Xem hình 3.11 Mật độ theo vòng tròn tỷ lệ thuận với hàm độ gồ ghề s  k  cho phép dẫn xuất thơng số độ gồ ghề δ ζ [3.10] Kết đánh giá màng bạc dày 500Å đưa bảng 3.1 với δ~6Å ζ~1400Å phù hợp với kết thu từ quan sat ánh sáng phân tán vào khơng khí Kết xạ phân tán ngược cạnh  o có từ trình sau đây: Trường thâm nhập vào màng bạc kích thích trường cộng hưởng bề mặt kim loại- khơng khí Trường thâm nhập quay trở lại thông qua màng kim loại p nhân với t210 nên ánh sáng tán xạ quay ngược trở lại [3.10]: (3.8) Page 15 Báo cáo cơng nghệ Nano Hình 3.9 SP với vector sóng k z0 tán xạ khơng khơng có thay đổi giá trị: tán xạ định hướng Hình 3.10 Hình họa tán xạ định hướng phonemetic Phương trình hiển thị yếu tố tăng cường, đầu vào, hai cho ánh sáng tán xạ Đây kết tương tự tìm thấy tính tốn sau thuyết SERS, khác biệt có ánh sáng phân tán bị tổn thất lượng nhỏ cách kích thích trình chuyển đổi Raman Những điều liên quan đến tán xạ đàn hồi Page 16 Báo cáo công nghệ Nano Hình 3.11 Vịng ánh sáng phát từ SPs ngược trở lại tên thạch anh SPs tán xạ xuyên qua bề mặt phim bạc mỏng Đây hình ảnh chụp trực tiếp phim Từ [3.10] Trường tán xạ ngược trở lại xác định yếu tố truyền dẫn ngược Fresnel 210 thay 012, có mẫu số cộng hưởng r21=-r12 , xem 2.17, cường độ tương đối tỷ lệ thuận với 1  r01r12 exp(i 2kz1d1 ) So sánh cường 4 độ tán xạ tương ứng vào khơng khí (3.1) vào bên thủy tinh, người ta thấy hàm W  ,   s(k ) không giống Lựa chọn điều kiện thí nghiệm đặc biệt, thỏa mãn hai cường độ, quan sát tính tốn, tìm [3.10] Ngoài ánh sáng phản xạ tăng cường nhờ vào bề rộng cộng hưởng hẹp, bạc, đó, độ rộng góc vịng trịn (3.8) Ví dụ,  =5500 Å, 1  0.5 , 1  12 kết 103 rad 3.4 Độ gồ ghề mức độ gồ ghề bề mặt 3.4.1 Độ gồ ghề bền mặt Độ gồ ghề bề mặt lý tưởng giả thiết lưỡng cực xạ cung cấp phân cực phân bố bề mặt (giả sử bề mặt z = Hình 2.34) Tuy nhiên độ gồ ghề là không đồng với số lượng lớn mơ tả biến thiên theo khơng giam hàm điện môi ε1 (ω): 1 ( x, y, z)  1  1 ( x, y, z) (3.10) Với  hàm điện môi trung bình ∆ε1 biến thiên  Một nghiên cứu chi tiết lý thuyết cho thấy khối lượng phân tán thành phần z lưỡng cực W: Wz thay Wz'  Wz /  z' điều kiện tính liên tục biên trường Dz   z' Ez làm việc với bước sóng   5000 A bạc 1 ()  9.4  0.37i khác biệt lớn Wz' trường hợp bề mặt phần tán với Page 17 Báo cáo công nghệ Nano  '  1và lượng phân tán với  '  9.4 Sự khác biệt ảnh hưởng mạnh tới tỉ số I (  900 / I (  00 )  I p / I s xác định với   900 tính toán tỉ số  Ip  t g 2     I s  suft  t g 2 ' 1  Ip    I s  I s  suft  ' Ip (3.11) Dữ liệu quan sát Hình 3.12 chứng minh ánh sáng tạo bề mặt gồ ghề Ngoài đồ thị Hình 3.12 a chứng minh giá trị I p / I s không với   00 Nguyên nhân độ lệch phân tán đa dạng SPs, xác nhận quan sát cường độ nghỉ gia tăng với 𝛿 [ 3.21] Hình 3.12 Tỉ số I (  900 / I (  00 ) 𝜙 = 90° I p / I s đồ thị hàm 𝜃 đo dựa theo trục z, cho bề mặt (s) khối lượng phân tán chiều dài bước sóng (s) Dữ liệu thí nghiệm phù hợp với khái niệm phân tán bề mặt xác nhận xạ vô hướng SPs phát xạ ánh sáng.[ 3.2, 3] Kết thí nghiệm chứng minh xạ vô hướng SPs tương tác với độ gồ ghề bề mặt Page 18 Báo cáo công nghệ Nano 3.4.2 Mức độ gồ ghề xạ SPs Hệ thức độ phân tán xạ nằm bên trái ánh dòng ánh sáng SPs, thể Hình 2.2 Bắt đầu 𝑘 𝑥 với    p tăng đến khoảng 1k d     p [1   p  2   kx  k  p     𝑘 𝑝 𝑑 ≪ (3.12) Sự giảm tăng dần với 𝑘 𝑥  kx   kx         k p      (3.13) Xem [2.3b] Các đặc tính Hình 2.2 Sự giảm dần xạ ánh sáng từ xạ SPs kết trực tiếp với photon nằm bên nón ánh sáng, để 𝑘 𝑥 SPs đồng với 𝑘 𝑥 ánh sáng Các xạ SPs quan sát truyền tải phim bạc mỏng nhúng quét tần số ánh sáng phân cực p, cho h  h p  3.8eV cho thấy kích thích cộng hưởng xạ SPs [ 3.22] Tấm phim có xu hướng nghiêng hướng ngược với hướng chùm tia đến, để thành phần Ez vector E ánh sáng (theo trục z phim) kích thích xạ SPs Nó tương ứng với chế độ tần số cao 𝜔+của xạ vơ hướng SPs Hình 3.13 Sơ đồ bố trí thí nghiệm để quan sát plasma hấp thụ cộng hưởng phát.[2.3b] Các mode quan sát thấy phản xạ Nếu chùm ánh sáng tới phân cực p phim bạc góc 𝜃0 có hy vọng gương phản ánh chùm 𝜃0 Tuy nhiên thí nghiệm cho thấy xạ phát Page 19 Báo cáo cơng nghệ Nano khu vực góc lớn tần số    p Lời giải thích đưa Hình 2.2: liên tục vector độ gồ ghề phân phối phát xạ ánh sáng bên nón ánh sáng, quan hệ tán sắc nằm ngang    p , k x  k z Các nghiên cứu chi tiết tượng có kết quả, độ gồ ghề khối lượng độ gồ ghề bên trong: cân nhắc lý thuyết cho thấy trường hợp thành phần z W( ) thay thê thành phần W( )'  W( ) / 1' cho dù 1' nhỏ    p Điều có hệ (a) cường độ phân tán I p / I s hàm 1/  ' mà tạo mật độ mạnh    p quan sát [3.24, 25], Hình 3.14 nhận thấy phân bố góc ánh sáng tán xạ chủ yếu xác định lưỡng cực bề mặt theo phương z Theo tỉ số I p / I s cường độ ánh sáng phân cực p cường độ ánh sáng phân cực s hàm f0 có góc quan sát 𝜃 có giá trị lớn tán xạ bề mặt [ 3.16] Hình 3.14 Cường độ ánh sáng phân tán (bức xạ) SPs xung quanh tần số Plasma 0 (3250 A ) bạc (dày 500 A )   0  300 Cả hai phụ thuộc cường độ hàm 𝜆 phân bổ góc phù hợp với khái niệm mức độ gồ ghề cho xạ phát Page 20 Báo cáo công nghệ Nano 3.5 Đo độ gồ ghề bề mặt ống kính hiển vi điện tử Các giá trị giá trị δ cao phim bạc đặt thủy tinh thạch anh thu tán sắc ánh sáng điều khiển trực tiếp Ứng dụng ống kính hiển vi điện tử có độ phân giải ≈ 1Ǻ vng góc với bề mặt bề mặt giá trị khoảng 10 Ǻ Thừa nhận độ gồ ghề bề mặt ≈ Ǻ từ phương pháp tán sắc ánh sáng Như hình sau: Hình 3.15a Hình ảnh ống kính hiển vi phim bạc bị bốc có độ dày 500 Ǻ Dọc theo theo dịng ống khơng thay đổi Tỉ lệ bề rộng theo trục z x Các đường khác theo trục y có khoảng cách 5-10 Ǻ Các đoạn lặp lại có tương quan với khoảng 250 Ǻ Phần hiển thị vùng có độ mịn thường 5-10 Ǻ (hình a), xen kẽ với vùng nhỏ Ǻ (hình b) Vùng lớn mịn (hình c) Page 21 Báo cáo công nghệ Nano 3.6 Độ gồ ghề bề mặt mặt phẳng dẫn sóng Như đề cập mục 2.6 Phương pháp ATR sử dụng để kích thích mode ống dẫn sóng Khi cộng hưởng sảy ra, kích thích nhận phản xạ ánh sáng nhỏ tán sắc ánh sáng lớn qua bề mặt, xem Hình 3.1 Một nghiên cứu chi tiết cho thấy nguồn gốc xạ ánh sáng bề mặt Sự ước lượng việc phân chia góc tán sắc ánh sáng đề cập Các giá trị δ = 40-50 Ǻ độc lập với λ ζ = 500 Ǻ Các tác giả trường ống dẫn sóng có giá trị cực đại mà khơng có bề mặt có nhiều bên Vậy ưu tiên cho việc tính sấp xỉ phù hợp cho bề mặt gồ ghề với mode ánh sáng SPs Kế hỗ trợ tính tốn quan sát vị trí nửa độ rộng mode sử dụng xấp xỉ tuyến tính Page 22 Báo cáo cơng nghệ Nano Hình 3.16 Đo đường cong phản ánh hệ thống lớp: thạch anh / bạc / LiF sản xuất cộng hưởng kích thích mode ống dẫn sóng phẳng khác LiF: TE0-TE3 TM0-TM4 Từ [3.27] Một ví dụ cho quan sát đường phản xạ lớp giới thiệu cho mode khác hình 3.16 Đường hẹp thuộc mode s mode TE, đường rộng thuộc mode p hay TM mode Sự khác bắt nguồn từ thuộc tính: trường mode p thâm nhập sâu vào kim loại trường mode s, chúng hấp thu mạnh mẽ Một quan sát giá trị θ0 Δθ01/2, vị trí nửa độ rộng cộng hưởng nhỏ nhất, tính tốn giá trị Bảng 3.3 Bảng 3.3 So sánh số liệu thực nghiệm phức tạp cộng hưởng cho mode s bước sóng   5309 A ;có nghĩa liệu tính tốn phức tạp với phân kỳ chùm tia laser 0.03° Sự tán sắc ánh sáng thể qua ống dẫn sóng phẳng có độ dày 0.65μ mong đợi mục [3.28], chúng có chút mịn phim thạch anh LiF mơi trường khơng khí/thủy tinh Một kết tương tự cho hướng dẫn sóng với bề mặt sóng hình Sin [3.29] 3.7 Tăng cường đàn hồi tán xạ ánh sáng (tán xạ Brillouin) Nhiệt kích thích sóng âm bề mặt tạo gơn sóng bề mặt vật liệu khác nhau, thành phần truyền dẫn modes Rayleigh Các photon bề mặt với tần số R vector sóng qR quan sát sử dụng ánh sáng tán xạ đàn hồi cách tử dịch chuyển (tán xạ Brillounin) [3.30] Photon loại có tần số vR  109 s 1 có o 1 vector sóng qR vào khoảng 103 A o bước sóng khoảng 103 A Plasmon bề mặt bề mặt mịn lý tưởng khơng có xạ Tuy nhiên, sóng Rayleigh chuyền Page 23 Báo cáo cơng nghệ Nano qua lớp SPs sóng bề mặt k  qR với lượng   R tạo Các vector o sóng qR so sánh với sóng SPs (ví dụ, SPs với   5000 A o 1  2.5eV có k x  103 A ), SPs tán xạ nón ánh sáng, với photon qR hướng khác nhau, có lượng thay đổi  R (khoảng 10meV) Trong cộng hưởng cực đại kích thích SP, tăng cường cực đại ánh sáng phát dự kiến Sự gồ ghề tránh khỏi bề mặt thành phần đàn hồi thảo luận chương Các thí nghiệm thực với năm phép giao thoa co tần số sai lệch bé với tần số trung tâm 10GHz thành phần đàn hồi không đà hồi [3.31] Khi ATR tối thiểu thể kích thích tối đa, đàn hồi tốt với ánh sáng tán xạ đàn hồi cực đại Page 24 Báo cáo công nghệ Nano Tài liệu tham khảo [1] [Heinz_Raether] Surface Plasmon on smooth and rough [2] Surface Plasmon Resonance in a Thin Metal Film [3] Các tài liệu trực tuyến khác Page 25 ... độ gồ ghề 11 3.3 Hướng tán xạ 15 3.4 Độ gồ ghề mức độ gồ ghề bề mặt 17 3.4.1 Độ gồ ghề bền mặt 17 3.4.2 Mức độ gồ ghề xạ SPs 19 3.5 Đo độ gồ ghề bề. .. độ gồ ghề bề mặt 3.4.1 Độ gồ ghề bền mặt Độ gồ ghề bề mặt lý tưởng giả thiết lưỡng cực xạ cung cấp phân cực phân bố bề mặt (giả sử bề mặt z = Hình 2.34) Tuy nhiên độ gồ ghề là khơng đồng với số... gồ ghề bề mặt ống kính hiển vi điện tử 21 3.6 Độ gồ ghề bề mặt mặt phẳng dẫn sóng 22 Tài liệu tham khảo 25 Page Báo cáo công nghệ Nano Surface Plasmon bề mặt gồ ghề  Trong