Cơ chế dẫn tới sự tăng cường của các quá trình quang học ở bề mặt có thể tách thành hai: một liên quan đến bản chất của các chất hút bám khi tương tác với chất nền và một liên quan đến sự thay đổi trường điện và từ do sự có mặt của chất nền.
Đầu tiên, chúng ta xét một phân tử độc lập trong không gian được bao quanh bởi trường Eω ,E ω ,...E ωr( ) ( )1 r 2 r( )n Ầvới tần số góc ω1, ω2, Ầωn. Một lưỡng cực phi tuyến bậc n có thể được sinh ra từ độ phân cực phi tuyến:
α(n)(ω = ω1+ ω2Ầ+ ωn) ( )n ( )n ( ) ( )
1 n
P (ω) =α :E ω ...E ωr t r r
(1.49) Nếu một phân tử ở gần bề mặt và được bao quanh bởi các phân tử khác, nó sẽ chịu một trường định xứ Eloc(ωi) khác so với trường tới E(ωi). Khi đó lưỡng cực điện cảm ứng sẽ có dạng: ( )n ( )n ( ) ( ) loc 1 loc n P (ω) = α :Er t r ω ...Er ω (1.50) Những trường định xứ có thể đóng góp vào sự thay đổi trong trường vi mô và vĩ mô. Thay đổi trong trường vi mô là phát sinh từ tương tác lưỡng cực-lưỡng cực cảm ứng (hệ thức Lorenz). Vắ dụ trong một chất lỏng đồng nhất, hệ thức Lorenz
có dạng l(ωi)=[ε(ωi+2)]/3. Sự thay đổi trường vĩ mô ở bề mặt so với trường tới là do sự phản xạ và khúc xạ của trường tới. Chúng ta gọi đó là trường định xứ vĩ mô và có được khi giải phương trình sóng ở điều kiện biên thắch hợp. Hệ số bổ chắnh trường định xứ L(ω) là tỉ số giữa trường định xứ và trường tới. Nếu lấy cả bổ chắnh các trường vi mô và vĩ mô, chúng ta có thể viết trường điện định xứ dưới dạng:
Eurloc( ) ( ) ( ) ( )ω = ωi tsl i Lr ωi : Eur ωi (1.51) Lưỡng cực phi tuyến P(n) được cảm ứng bởi trường định xứ sẽ bức xạ. Do các lưỡng cực lân cận cũng đáp ứng với sự kắch thắch ở tần số ω nên bức xạ phát ra như thể p(n)(ω) được tăng cường bởi số hạng bổ chắnh trường định xứ thêm vào l(ω). Tương tự, qua tương tác của p(n)(ω) với bề mặt, trường vĩ mô ở tần số ω cũng được tăng cường bởi hệ số L(ω). Do đó, trường bức xạ từ lưỡng cực phi tuyến ở bề mặt đặt trong một điện môi với hằng số ε là:
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) n n eff 1 1 n n 1 n P : l L l L x....l L E x....E ω =α ω ω ω ω ω ω ω ω ur sr ts r ts r r ur t s ur (1.52) Với một bề mặt và có các hệ số bổ chắnh trường định xứ, chúng ta sẽ tắnh được công suất lối ra. Sự tăng cường trường định xứ được định nghĩa là tỉ số của công suất bức xạ so với chuẩn. Đối với trường hợp SHG tăng cường ở bề mặt kim loại, bề mặt phẳng được chọn làm chuẩn. Các cơ chế SHG tăng cường bề mặt trên cấu trúc nano kim loại được trong chương 2.
CHƯƠNG II
HIỆU ỨNG PHÁT HOÀ BA BẬC HAI TĂNG CƯỜNG BỀ MẶT TRÊN CẤU TRÚC NANO KIM LOẠI
Trong quang phổ học phát tần số tổng nói chung, phát hoà ba bậc hai nói riêng, tắn hiệu phổ SFG/SHG thu được cho ta thông tin về thành phần của các chất rắn, lỏng và khắ và các tắnh chất dao động của các phân tử bề mặt/giao diện. Tuy nhiên, tắn hiệu yếu đã làm hạn chế các ứng dụng của phương pháp này. Vấn đề đặt ra là phải làm thế nào tăng cường tắn hiệu SFG/SHG thu được. Phương pháp SFG/SHG tăng cường bề mặt là một phương pháp làm tăng cường độ tắn hiệu SFG/SHG lên nhiều lần. Cơ sở của phương pháp này dựa trên hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt trên các cấu trúc nano kim loại. Từ đó chúng ta có thể quan sát thuận lợi hơn phổ SFG/SHG của mẫu cần nghiên cứu.