CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM
2.3.4.Phương phỏp đo phổ huỳnh quang
Tớnh chất quang của vật liệu được khảo sỏt bằng phổ huỳnh quang (PL) trờn hệ đo quang với mỏy đo phõn giải cao, đo tại phũng thớ nghiệm trọng điểm quốc gia-viện khoa học Việt Nam và phũng thớ nghiệm phõn tớch huỳnh quang KHTN-ĐHQGHN. Hệ phỏt laser của hệ đo PL (Viện khoa học Việt Nam) cú thể phỏt laser ở hai bước súng, ta chọn bước súng kớch thớch ngắn hơn là 325 nm.
Huỳnh quang là hiện tượng phỏt ỏnh sỏng (khụng kể bức xạ của vật đen tuyệt đối) khi vật liệu tương tỏc với cỏc hạt hay cỏc bức xạ. Phổ huỳnh quang là đường cong biểu diễn sự phõn bố cường độ phỏt quang theo tần số hay bước súng của bức xạ.
Cỏc huỳnh quang trong thực tế thường được phõn loại theo phương phỏp kớch thớch như quang huỳnh quang sinh ra do kớch thớch bởi cỏc photon, húa huỳnh quang được kớch thớch bởi cỏc gốc húa học, catốt huỳnh quang
sinh ra do kớch thớch bằng cỏc dũng điện tớch... trong đú phương phỏp chỳng tụi đó sử dụng là quang huỳnh quang.
Quang huỳnh quang là phương phỏp kớch thớch trực tiếp cỏc tõm huỳnh quang và khụng gõy nờn một sự ion húa nào. Khi khảo sỏt huỳnh quang, nguồn ỏnh sỏng kớch thớch thường được dựng là đốn thủy ngõn, đốn xenụn hoặc hyđrogen. Tuy nhiờn dựng laser để kớch thớch là hiệu quả nhất vỡ đú là nguồn kớch thớch lọc lựa cao.
Cơ chế kớch thớch huỳnh quang được mụ tả như sau:
Hỡnh 2.6. Sơ đồ chuyển dời giữa cỏc mức năng lượng của điện tử.
Bức xạ tới vật chất đó truyền năng lượng cho cỏc điện tử, kớch thớch chỳng chuyển từ mức cơ bản lờn trạng thỏi kớch thớch cú năng lượng cao hơn. Ở trạng thỏi khụng bền này điện tử truyền năng lượng cho cỏc điện tử hay cỏc phonon mạng và chuyển về mức cú năng lượng thấp hơn rồi điện tử mới chuyển về trạng thỏi cơ bản giải phúng photon sinh ra huỳnh quang.
Nếu chuyển dời giữa cỏc mức năng lượng cú khoảng cỏch đủ hẹp thỡ sẽ khụng phỏt photon, cỏc chuyển dời đú là cỏc chuyển dời khụng phỏt xạ.
Cỏc bức xạ thường được sử dụng để kớch thớch phổ huỳnh quang là những bức xạ cú bước súng nằm trong vựng hấp thụ của vật liệu.
Tựy vào mục đớch và cỏch khảo sỏt mà ta cú thể thu được cỏc dạng phổ như sau:
E1 E2
• Phổ bức xạ: là sự phõn bố cường độ của ỏnh sỏng phỏp ra theo bước súng của ỏnh sỏng đú. Thụng thường đú là một loạt cỏc vạch hay cỏc dải tương ứng với cỏc chuyển đổi giữa cỏc mức năng lượng của điện tử.
• Phổ kớch thớch: là sự phụ thuộc của cường độ huỳnh quang của một dải huỳnh quang cụ thể nào đú vào bước súng kớch thớch. Phổ kớch thớch thường giống phổ hấp thụ, nhưng cũng cú khi khỏc nhau về cường độ và thiếu đi một dải nhất định nào đú. Cường độ phổ hấp thụ chỉ liờn quan tới lực dao động tử của một chuyển dời nào đú thỡ phổ kớch thớch cũn liờn quan tới khụng chỉ dao động tử của quỏ trỡnh hấp thụ mà cũn liờn quan tới hiệu suất của quỏ trỡnh chuyển mức về trạng thỏi cơ bản cũng như hiệu suất của quỏ trỡnh phỏt bức xạ photon.
Hiện tượng huỳnh quang thường gắn liền với sự tồn tại của cỏc tõm huỳnh quang, đú là cỏc loại khuyết tật điểm hay những tập hợp của chỳng và chỳng cú khả năng hấp thụ hay bức xạ cỏc photon quang học.
Sơ đồ thớ nghiệm được chỉ ra trong hỡnh 2.7 Laser He-Cd với bước súng kớch thớch 325 nm được sử dụng cho tất cả cỏc mẫu.