Với những dụng cụ hiện có tại phòng thắ nghiệm chúng tôi đã lựa chọn sơ đồ kắch thắch SHG sao cho phù hợp với mẫu cần đo và thuận tiện trong quá trình lắp đặt thắ nghiệm.
Một trong những ưu điểm của việc sử dụng SHG như một công cụ dò bề mặt là việc bố trắ thắ nghiệm rất đơn giản, thực hiện ở nhiệt độ phòng.
Các yếu tố cơ bản trong việc xây dựng hệ đo gồm một nguồn laser, một hệ máy quang phổ, với các kắnh lọc. Thông thường có hai loại cấu hình kắch thắch thu SHG là kắch thắch vuông góc và kắch thắch nghiêng như chỉ ra trong hình 3.7a. và 3.7b. Máy quang phổ MS3504 L2 P1 P2 M1 F2 2ω Laser YAG: Nd Mẫu
Hình 3.7a : Cấu hình kắch thắch vuông góc
Laser Nd:YAG Máy quang phổ MS 3504 Máy tắnh Giá đặt mẫu 1 F P1 F2 P2 L 2 G 1 G Mẫu ω ω 2ω 2ω Hình 3.7b: Cấu hình kắch thắch xiên góc HWP2
Ở đây, chúng tôi chọn cấu hình kắch thắch nghiêng góc (hình 3.7b) và cấu hình này cho ta nhiều thông tin về bề mặt mẫu đo hơn. Khi đo tắn hiệu SHG, khó khăn là tắn hiệu SHG rất yếu vì vậy khi tiến hành đo cần phải tinh chỉnh để được tắn hiệu mạnh nhất. Ngoài ra, khi sử dụng cấu hình chiếu sáng trên chúng ta cần phải phân tắch xem nên dùng tổ hợp phân cực lối vào - lối ra như thế nào để thu được tắn hiệu SHG là lớn và cho ta đặc trưng bề mặt của mẫu cần đo.
Theo tắnh toán lý thuyết thì tổ hợp phân cực SSP sẽ cho ta tắn hiệu SFG/SHG mạnh nhất và thực nghiệm đã chứng tỏ điều đó là hoàn toàn đúng.
3.3.2. Lựa chọn sơ đồ kắch thắch thu tắn hiệu SFG
Quá trình trên phải thỏa mãn về sự phù hợp pha: krFSG =krVIS+krIR (3.1) Hoặc: kFSG.sinϕSFG =kVIS.sinϕVIS+kIR.sinϕIR (3.2)
58
Hình 3.8: Bố trắ thực nghiệm cấu hình kắch thắch xiên góc
Tia IR Tia VIS Tia IR Tia VIS Tia SFG Mẫu IR ϕ IS V ϕ ϕSFG
Khi k 2π λ
= ta có thể tắnh được góc ϕSFG của tia SFG.
Với hệ đo SFG Spectrometer System, đã được vi chỉnh và tắnh toán các góc để thỏa mãn về sự phù hợp pha. Thực nghiệm khảo sát với 0
IR 55
ϕ = và 0
IS 60
V
ϕ =
với bước sóng của tia IR có thể thay đổi từ λIR =10ộm đến λIR =2,3ộm, theo phương trình (3.2) thì góc của tia SFG thay đổi từ ϕFSG =59.70đến ϕFSG =590. Vậy, khi tiến hành thu tắn hiệu SFG, cần vi chỉnh đến góc phù hợp để thu được tắn hiệu tốt nhất.
Trong sơ đồ hình 3.7, chúng tôi sử dụng thấu kắnh tiêu cự 7 cm để thu ảnh của bề mặt mẫu vào đúng khe của máy quang phổ.
Sử dụng kắnh lọc chắn trước khe máy quang phổ lọc tần số ω ω1, 2 nhằm bảo
vệ máy quang phổ vì thành phần VIS (ω2) rất mạnh. Khi đó ta có tăng cường độ
chùm cơ bản lên một chút để tăng tắn hiệu SFG mà không gây hại cho máy quang phổ.
Kắnh phân cực cho phép tổ hợp các trạng thái phân cực lối vào - lối ra qua đó ta thấy được cường độ SHG phụ thuộc vào các trạng thái phân cực. Việc lựa chọn tổ hợp lối vào - lối ra phù hợp giúp chúng tôi đánh giá được cấu tạo bề mặt mẫu đo. Trong khảo sát này, chúng tôi chọn tổ hợp phân cực SP. Khi đó, sơ đồ bố trắ thắ nghiệm để đo tắn hiệu SFG/SHG như hình 3.10.
CHƯƠNG IV PL2250 H500 PG501/DFG 532 nm Delay line IR Mẫu MS3504 Máy tắnh G1 G2 G3 G4 F1 F2 P 2 L2 L1 P1 HWP1
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Sau khi nghiên cứu lý thuyết về phương pháp quang phổ học phát tần số tổng và tăng cường ở chương 1 và 2. Chúng tôi tiến hành chế tạo mẫu để phục vụ cho nghiên cứu thực nghiệm phương pháp quang phổ học phát tần số tổng. Lắ do chúng tôi chế tạo mẫu hạt nano vàng và hạt nano lưỡng kim vàng-bạc là: hạt nano vàng có đỉnh cộng hưởng plasmon bề mặt gần với bước sóng hòa ba bậc hai (532nm). Vì vậy, tắn hiệu SHG thu được trên dung dịch chứa các hạt nano Au được tăng cường. Đối với hạt nano lưỡng kim, tùy vào cách thức chế tạo ta thu được các mẫu hạt nano lưỡng kim có đỉnh cộng hưởng thay đổi. Đây là ưu điểm lớn của hạt nano lưỡng kim khi ứng dụng trong việc tăng cường tắn hiệu SFG/SHG bề mặt. Sau đây là một số kết quả chế tạo mẫu hạt nano vàng và hạt nano lưỡng kim Au-Ag. Kết quả khảo sát các tắnh chất quang của các mẫu đã chế tạo cũng được đề cập và so sánh với lý thuyết và kết quả của các nhóm nghiên cứu trên thế giới.
4.1. Kết quả chế tạo hạt nano kim loại
4.1.1. Kết quả chế tạo hạt nano vàng trong dung dịch ethanol a) Phổ hấp thụ
Sau khi chế tạo thành công mẫu hạt nano vàng trong dung dịch ethanol, chúng tôi tiến hành đo phổ hấp thụ bằng máy UV-2450 tại Trung tâm khoa học vật liệu - Đại học Khoa Học Tự Nhiên. Mẫu sẽ được cho vào một cuvet còn cuvet thứ hai đựng chất so sánh ở đây là ethanol được sử dụng trong quá tŕnh chế tạo mẫu. Sau khi cuvet được đặt
vào gá mẫu sẽ được đưa vào buồng đo mẫu. Đậy kắnh nắp buồng đo mẫu để đảm bảo buồng đo mẫu là hoàn toàn tối không có ánh sáng bên ngoài lọt vào. Số liệu
Hình 4.1. Phổ hấp thụ của mẫu hạt nano vàng trong dung dịch ethanol
sẽ được lưu trữ dạng file text được xử lý bằng phần mềm origin 6.1. Hình 4.1 trình bày phổ hấp thụ của hạt nano vàng trong ethanol tinh khiết.
Phổ hấp thụ của mẫu hạt nano vàng trong dung dịch ethanol như hình 4.1 cho đỉnh cộng hưởng plasmon tại 525nm hoàn toàn phù hợp với tắnh toán lý thuyết [1,2], từ đó khẳng định rằng đã chế tạo thành công mẫu hạt nano vàng.
Để thấy rõ hơn sự phù hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm khi nghiên cứu về cộng hưởng plasmon bề mặt trên các hạt nano vàng, chúng tôi tiến hành so sánh phổ hấp thụ của các hạt nano vàng (đường kắnh trung bình là 12,5nm) theo lý thuyết Mie và thực nghiệm trên cùng một đồ thị như hình 4.2:
Từ hình 4.2 ta thấy đỉnh phổ hấp thụ, tức là tần số cộng hưởng plasmon bề mặt của các hạt nano vàng (đường kắnh trung bình 9nm) trùng nhau (525nm). Từ đó khẳng định được sự phù hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm. Ngoài đỉnh cộng hượng ra thì đường lý thuyết và thực nghiệm không trùng nhau vì phổ hấp thụ thực nghiệm bị môi trường xung quanh hấp thụ một phần.
b)Xác định kắch thước hạt nano vàng chế tạo được.
Để xác định kắch thước hạt cũng như sự phân bố kắch thước hạt, chúng tôi tiến hành đo kắch thước hạt vàng trong ethanol tinh khiết bằng kắnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM). Ảnh TEM và phân bố kắch thước hạt của mẫu thu được như hình 4.3.
Hình 4.2:Phổ hấp thụ của các hạt nano vàng theo tắnh toán lý thuyết Mie và theo thực nghiệm
Quan sát trên hình 4.3, ta thấy các hạt nano vàng có kắch thước nano với hình dạng gần với hình cầu.
Từ hình 3.3 ta thấy rằng các hạt nano vàng phân bố không đồng đều trong khoảng từ 5 Ờ 20 nm. Kắch thước trung bình của các hạt nano vàng được tạo ra trong ethanol là 12,9 nm.