Đang tải... (xem toàn văn)
nghiên cứu ảnh hưởng của bề mặt nhám nhỏ (δ = 5:10 A) tới hiện tượng suface plasmons với kích thích ánh sang một cách đều đặn.Kết quả đáng chú ý là sự cộng hưởng ánh sang tại bề mặt phân cách suface plasmons.Sự phân bố góc của tia sáng phát ra cho phép xác định thông số về độ nhám bằng việc sử dụng gần đúng lý thuyết tán xạ ánh sáng.
Bài tập lớn : Môn công nghệ nano GVHD:Huỳnh Nguyễn Bảo Ph ương Phụ lục Nội dung chính: .2 3.1 Quan sát ánh sáng cộng hưởng với thiết bị ATR .2 3.2 Đo lường độ nhám (độ gợn bề mặt kim loại) 3.2.1 Cơ sở lý thuyết Kết luận Thí nghiệm Xác định thông số độ nhám, .11 3.3 Tán xạ hướng 14 3.4 Bề mặt gồ ghề lượng độ nhám bề mặt 16 Độ nhám bề mặt xạ SPs 17 3.5 Đo lường độ nhám với kính hiển vi hầm điện tử 19 3.6 Độ gợn sóng phẳng 20 3.7 Tăng cường đàn hồi tán xạ ánh sáng .21 SVTH:ĐINH THANH LIÊM,PHẠM VIỆT HUY,ĐÀO VĂN ĐẠI Page Bài tập lớn : Môn công nghệ nano GVHD:Huỳnh Nguyễn Bảo Ph ương Chương : Hiện tượng suface plasmons bề mặt gồ ghề Nội dung chính: + nghiên cứu ảnh hưởng bề mặt nhám nhỏ (δ = 5:10 A) tới tượng suface plasmons với kích thích ánh sang cách đặn.Kết đáng ý cộng hưởng ánh sang bề mặt phân cách suface plasmons.Sự phân bố góc tia sáng phát cho phép xác định thông số độ nhám việc sử dụng gần lý thuyết tán xạ ánh sáng 3.1 Quan sát ánh sáng cộng hưởng với thiết bị ATR Thí nghiệm:Quan sát bề mặt bạc mỏng đặt lăng kính thủy tinh hình bán nguyệt(hình 3.1).Với kích thích ánh sáng có cường độ đủ mạnh ta thấy mối quan hệ tia phản xạ luồng ánh sáng cường độ yếu (dưới góc trái hình vẽ) + Từ chứng minh rằng: a Sự kích thích ATR lên bề mặt tiếp xúc bạc mỏng thủy tinh tạo sps tối thiểu b SPs lan truyền bề mặt nhám xạ vào không gian tự c Cường độ ánh sáng đủ mạnh tạo nên trường cộng hưởng(trường điện từ ) ranh giới kim loại khơng khí Trong hình 3.2 biểu diễn xạ tang cường,thể cường độ xạ tối đa bước sóng ánh sáng khác mối quan hệ phân tán chúng.Hàm phân bố tuân theo phương trình : n.sin =.sin = cho giao điểm đường với đường thẳng đồ thị (w,k) với độ dốc (c/n)*sin,(như hình vẽ 2.7) Thay đổi n*sin việc lựa chọn tần số w giữ nguyên giá trị ,ta quan sát giá trị cực đại hình 3.2a.Trong hình 3.2b,ghi lai kết thực nghiệm tần số w= const thay đổi thành phần + Những thí nghiệm chứng minh hiệu rõ rệt bề mặt nhám đến SPs phát xạ ánh sáng Các nonradiative SPs trở thành xạ ,sự tăng cường xạ đo yếu tố biểu thức [3.1] SVTH:ĐINH THANH LIÊM,PHẠM VIỆT HUY,ĐÀO VĂN ĐẠI Page Bài tập lớn : Mơn cơng nghệ nano GVHD:Huỳnh Nguyễn Bảo Ph ương Hình 3.1:Nếu kích thích SP đạt tối đa góc cộng hưởng θo,lúc cường sộ ánh sáng qua tối thiểu (đỉnh phải) Hình 3.2 (a) Năng lượng phản xạ ánh sáng bề mặt nhám δ =5A tượng SPs mặt phân cách (quan sát hình 3.1 bên trái ,phía dưới) Kích thích cộng hưởng SPs produre an enhancement |của trường bề mặt film lớn trường hợp tăng bước sóng kích thích.Cường độ xạ dồ thị hình (a) hàm bước sóng ánh sáng kích thích chiếu đến ,tỷ lệ với λ góc tới cố định Độ cực đại bước sóng kích thích khác thể việc tang cườngc trường xạ,phản ánh ảnh hưởng tượng SPs bề mặt Điều thứ đễ dàng nhận thấy rằng:tại λ =3200Å,đôi với kim loại bạc,giá trị SVTH:ĐINH THANH LIÊM,PHẠM VIỆT HUY,ĐÀO VĂN ĐẠI Page Bài tập lớn : Môn công nghệ nano GVHD:Huỳnh Nguyễn Bảo Ph ương transparency cực đại ,điều xuất ánh sáng có phân cực S đến từ ánh sáng tán xạ bề mặt tiếp xúc bac/thạch anh Từ hình [28] (b) ánh sáng phản xạ hàm góc tới,đối với vàng bạc ,tại tham số λ xác định ,hiện tượng cộng hưởng cho phép nâng cao hiệu suất phát xạ.Tính chất khác hai kim loại sử dụng ,2 đường cong thể lorenzitron profile(từ hình 2.9) 3.2 Đo lường độ nhám (độ gợn bề mặt kim loại) 3.2.1 Cơ sở lý thuyết Cường độ xạ ánh sáng hình 3.2 dung để xác định thơng số độ gợn bề mặt kim loại bạc.Mối quan hệ ràng buộc chúng Krestchman tìm vào năm 1974 (3.1) sau kiểm nghiệm thí nghiệm thực tế.Mối quan hệ cường độ xạ dI vào góc khơi dῼ,với Io cường độ ánh sáng có phân cực p,được đưa theo lý thuyết xấp xỉ tuyến tính (với δ ,cho hàm tương quan Gauss - (3.6) SVTH:ĐINH THANH LIÊM,PHẠM VIỆT HUY,ĐÀO VĂN ĐẠI Page 10 Bài tập lớn : Mơn cơng nghệ nano GVHD:Huỳnh Nguyễn Bảo Ph ương Hình 3.8 Hàm tương quan độ nhám bề mặt |S(Δkx)|^2 hàm với phim bạc có độ dày 550Å,tại bước sóng kích thích khác The arrows indicate θ=0 =(w/c) sinθo quan sát dọc theo bề mặt Góc khối ánh sáng phát dῼ=4xsr Anh sáng phản xạ mặt phản xạ curve phản ánh độ gồ ghề bề mặt film bạc Độ dốc δ ngoại suy tuyến tính với =0 cho δ.Gía trị độ nhám bề mặt tổng hợp lại bảng 3.1 [3.12].Chúng đo thông qua giá trị () bảng 3.1 Sự tán xạ ánh sáng mạnh mẽ hướng mà () 0 đặc trưng cho bề mặt đăc trưng đường tuyến tính hình 3.8 thể độ gồ ghề film bạc SVTH:ĐINH THANH LIÊM,PHẠM VIỆT HUY,ĐÀO VĂN ĐẠI Page 11 Bài tập lớn : Môn cơng nghệ nano GVHD:Huỳnh Nguyễn Bảo Ph ương Giai thích làm rõ thí nghiệm: a, Nếu bè mặt thạch anh thay “supersmooth”,các tán xạ phía trước ln giảm đáng kể xem bảng 3.2.Điều giúp cải thiện đáng kể chất lượng phép đo b,Nếu film kim loại nhám chế tạo tinh thể hóa học CaF2,MgF2….Sự tán xạ phía trước giảm ,trong tán xạ ngược tăng,so sánh hình 4.5 3.8.Do ,một phần tuyến tính ln|S(Δkx)|^2 mở rộng tính xác phép đo tuyệt đối Thí nghiệm so sánh điều kiện tương tự Brandmeier hall thực [3.13].Các kết thực nghiêm hoàn toàn trùng khớp với kết quan sát mô tả.Sự xuất thùy phái trước thùy phụ Sau biết ,các waviness bề mặt thạch anh có ảnh hưởng đến cường độ búp sóng phía trước,do ta thay đổi góc Phép đo độ nhám film bốc tương tự công bố [3.15].Các tác giả không lấy số liệu tin cậy hàm từ số liệu quan sát film.Tuy nhiên ,họ tính giới hạn δ với film tiếp xúc Cu/ khơng khí ,độ dày 5000Å,δ >4.4Å Cu/mica ,δ>5.8Å Trong thí nghiệm với film nhơm dày 340A,sủ dụng ATR cho hàm sóng bậc (hình 2.30),độ gồ ghề film đo từ ánh sáng tán xạ với tần số 2w.Gía trị ứng với δ=25Å σ =1390Å [3.16] Những thí nghiệm tiến hành với tiếp xúc thạch anh /kim loại.Xem hình 2.8.Tán xạ cấu trúc thạch anh /kim loại,khơng khí /kim loại khó khăn ,cũng cho δ =5Å film bạc mỏng SVTH:ĐINH THANH LIÊM,PHẠM VIỆT HUY,ĐÀO VĂN ĐẠI Page 12 Bài tập lớn : Môn công nghệ nano GVHD:Huỳnh Nguyễn Bảo Ph ương Một điều cần nhớ rằng,các tán xạ phổ X giá trị độ nhám với giới hạn cho giá trị góc quét góc θ,đó khoảng 2π*2/λ khu vực thấy ánh sáng 1-2.5x(xem bảng 3.1) với X-rays tăng lên khoảng Một câu hỏi đặt ,với ,có thể mô tả hàm tương quan gauss hai thông số tương tự.Để trả lời cho câu hỏi này,phải tiến hành thục nghiệm với bước sóng khác môt mẫu vật Thông số thống kê bề mặt nhám trường hợp film kim loại bốc hơi,được đưa việc xếp tinh thể có đường kính hình dạng bên ngồi khác nhau.Có thể đưa kết luận từ thí nghiệm trên,một trình tự xếp mơ tả ánh sáng nhìn thầy hàm tương quan Gauss 3.3 Tán xạ hướng Trên bề mặt nhám ,SPs nằm rải rác bề mặt khỏi hướng kx không làm thay đổi giá trị ,được gọi tán xạ hướng,hình 3.9 = k- Với |k| =||.Các plasmons nhận giá trị khác | | =2||.sinθ/2 từ quang phổ nhám góc lệch khác θ.SPs lan truyền lệch bề mặt film kim loại phát xạ ánh sáng phản ánh góc vào mặt sau kim loại(xem hình 3.10),một trình mô tả [3,10,17] Bằng cách this is still a fist-order interation Gía trị góc θ biến đổi khoảng 0-180 deg,hình thành vịng ánh sáng hình 3.11 Cường độ dọc theo vịng trịn tỷ lệ thuận với hàm độ nhám |S()| cho phép xác định nguồn gốc thông số độ nhám δ σ [3.10].Kết thực nghiệm film bạc dày 500Å,được cho bảng 3.1,với δ =6Å σ =1400Å,thu việc quan sát ánh sáng phân tán vào mặt tiếp xúc khơng khí Các thành phần kt’ thấm vào tầm film bạc kích thích cộng hưởng thành phần bề mặt tiếp xúc kim loại /khơng khí Thành phần thâm nhập trở lại qua film nhân với ánh sáng quay trở lại SVTH:ĐINH THANH LIÊM,PHẠM VIỆT HUY,ĐÀO VĂN ĐẠI Page 13 Bài tập lớn : Môn công nghệ nano GVHD:Huỳnh Nguyễn Bảo Ph ương Phương trình thể yếu tố nâng cao,một cho ánh sáng đến cho ánh sáng tán xạ Đây kết tương tự tìm thấy tính tốn sau thuyết SERS,sự khác biệt ánh sáng bị thất thoát qua lỗ nhỏ kích thích q trình chuyển đổi Raman.Nó liên quan đến đàn hồi tán xạ.Trường xạ đàn hồi xác định Frenel,yếu tố 210 thay cho 012,trong có mode cộng hưởng với =-,xem [2.17] cường độ trường tương đối tye lệ thuận với [1 +*So sánh cường độ xạ tương đối không gian tự lăng kính ,người ta nhận thấy góc hàm w(θ,σ) không giống nhau.Nếu xét điều kiện đặc biệt ,sự phối hợp tốt hai cường độ tính tốn quan sát người ta tìm phương trình [3.10] (3.9) SVTH:ĐINH THANH LIÊM,PHẠM VIỆT HUY,ĐÀO VĂN ĐẠI Page 14 Bài tập lớn : Mơn cơng nghệ nano GVHD:Huỳnh Nguyễn Bảo Ph ương Ví dụ: λ=5500Å,=0.5,’ =-12,mức Chính ,có thể thấy trực tiếp vòng tròn ánh sáng qua film,xem hình 3.11 3.4 Bề mặt gồ ghề lượng độ nhám bề mặt Ý tường bề mặt nhám đươc giả định (x,y.z) = +Δ (x,y,z) với giá trị trung bình hàm số điện mơi,Δ giá trị biến đổi thành phần Môt nghiên cứu theo lý thuyết [3,19,20,21] ,lượng tán xạ,thành phần z lưỡng cực W:Wz viết lại ’=/|ɛ’| điều kiện liên tục đường =’ Tiến hành với bước sóng λ=5000Å, (w)=-9.4 +0.37j kim loại bạc,cho thành phần khác bề mặt tán xạ,|’| =1 lượng tán xạ với |’| =9.4.Sự khác biệt gây ảnh hưởng tới thông số I = Ip/Is,được đo θ =,(xem hình 3.12) viết lại sau: Số liệu hình 3.12:ánh sáng tạo bề mặt gồ ghề ,hình 3.12a cho thấy giá trị Ip/Is khơng tiến tới θ tiến đến 0,Sự khác biệt tán xạ nhiễu SVTH:ĐINH THANH LIÊM,PHẠM VIỆT HUY,ĐÀO VĂN ĐẠI Page 15 Bài tập lớn : Mơn cơng nghệ nano GVHD:Huỳnh Nguyễn Bảo Ph ương Hình 3.12 Tỷ số I(ϕ =90)/I(ϕ=0),hoặc Ip/Is hàm ϕ đo theo trục z,với mặt phẳng(s) lượng v bước sóng khác Của SPs,điều chứng minh quan sát “cường độ lại” tăng lên với hệ số [3.2] Kết thực nghiệm chứng minh SPs xạ tương tác với bề mặt nhám, Độ nhám bề mặt xạ SPs Mối quan hệ phân tán xạ SPs nằm phía trái đường ánh sáng đồ thị 2.2.Nó bắt đầu với giá trị Kx nhỏ,W=Wp tằng dần kp*d