4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1.2.2. Plasmon bề mặt và hiện tƣợng cộng hƣởng plasmon bề mặt
1.2.2.1.Khái niệm plasmon bề mặt
Plasmon bề mặt là những sóng điện từ đƣợc truyền dọc theo giao diện kim loại - điện môi. Đơn giản hơn, ta có thể định nghĩa: plasmon bề mặt là sự dao động của điện tử tự do ở bề mặt của hạt nano với sự kích thích của ánh sáng tới. Cƣờng độ điện trƣờng của plasmon bề mặt giảm theo hàm mũ khi xa dần giao diện kim loại - điện môi.
1.2.2.2. Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt
Hình 1.7. Hiện tƣợng cộng hƣởng plasmon bề mặt.
Hiện tƣợng “cộng hƣởng plasmon bề mặt” (SPR) đƣợc giải thích là: điện trƣờng của sóng điện từ tác động lên các electron tự do trên bề mặt hạt nano, làm electron bị dồn về một phía, gây ra sự phân cực. Sau đó, dƣới tác dụng của lực phục hồi Coulombic, các electron sẽ trở lại vị trí ban đầu. Vì có bản chất sóng, nên điện trƣờng dao động làm cho sự phân cực này dao động theo. Sự dao động này đƣợc gọi là “plasmon”. Khi tần số dao động của đám mây electron trùng với tần số của một bức xạ điện từ nào đó, sẽ gây ra sự dao động hàng loạt của các electron tự do. Hiện tƣợng này gọi là “cộng hƣởng plasmon bề mặt” (SPR). Nhƣ vậy, hiện tƣợng cộng hƣởng plasmon bề mặt là
sự kích thích các electron tự do bên trong vùng bán dẫn, dẫn tới sự hình thành các dao động đồng pha. Khi kích thƣớc của một tinh thể nano kim loại nhỏ hơn bƣớc sóng của bức xạ tới, khi tần số photon tới cộng hƣởng với tần số dao động của electron tự do ở bề mặt sẽ xuất hiện hiện tƣợng cộng hƣởng plasmon bề mặt.
Hiệu ứng cộng hƣởng plasmon bề mặt là hiệu ứng đặc trƣng của các hạt nano kim loại. Vì trong kim loại có rất nhiều điện tử tự do nên khi hấp thụ ánh sáng chiếu vào các điện tử tự do này sẽ dao động tập thể, tạo nên các dao động đồng pha.
Đối với hạt vàng nano, dao động cộng hƣởng plasmon dẫn tới sự hấp thụ mạnh ánh sáng vùng khả kiến. Điều này dẫn tới sự thay đổi lớn về màu sắc của dung dịch vàng nano. Số lƣợng và vị trí của dãi plasmon phụ thuộc chủ yếu vào kích thƣớc và hình thái của hạt vàng nano. Vì vậy, peak cộng hƣởng có thể xuất hiện trong vùng khả kiến đến vùng hồng ngoại gần. Ngoài ra, hằng số điện môi của vật liệu cấu trúc nano, chỉ số khúc xạ của môi trƣờng xung quanh, trạng thái của bề mặt (dung môi, chất ổn định) hay khoảng cách giữa các hạt cũng ảnh hƣởng đến vị trí và hình dạng của cộng hƣởng plasmon bề mặt.