Thuyết trình surface plasmon trên bề mặt gồ ghề

LOGO
Đề tài : Surface Plasmon trên bề mặt gồ ghề

CÔNG NGHỆ NANO
Giảng viên hướng dẫn: ……………………….
Trần Hữu Sáng
Đỗ Đức Lâm
Phạm Xuân Trường
Lưu Văn Chiến

Giới thiệu
1
Nội dung
2
Kết luận
3
4
Giới thiệu

Ảnh hưởng của độ gồ ghề lên SPs được đo được
bằng phương pháp ATR.

Phát xạ cộng hưởng ánh sáng sinh ra tại khớp nối
SP-photon.

Sự phân bố góc phát tia sáng cho phép xác định
thông số bề mặt.

Sử dụng phương pháp xấp xỉ tuyến tính của lý
thuyết tán xạ ánh sáng.
Nội dung


Phát xạ cộng hưởng quan sát bởi thiết bị ATR

Tấm phim bạc mỏng đặt dưới lăng
kính hoặc nửa hình trụ thủy tinh.

SPs lan truyền trên bề mặt gồ ghề
của phim bạc bức xạ ánh sáng vào
không gian theo hình Lorentzian
=> trường tăng cường.

Cường độ ánh sáng phả xạ ở mức
tối thiểu.

Các kim loại và bước sóng tới λ thì trường bức xạ khác nhau.

Các tính chất được xem xét dựa trên hệ thức tán xạ.

Giá trị trường bức xạ phụ thuộc vào θ.
Nội dung

Đo độ gồ ghề của bề mặt

Các mối quan hệ lý thuyết của quá trình này đã được phát triển vào năm 1974 bởi Kretschmann và đã được áp
dụng để đánh giá các lý thuyết thực nghiệm.

Mối quan hệ giữa cường độ ánh sáng phát ra với dI :
là hệ số Fresnel của hai bề mặt chung thạch anh/ kim
loại/không khí, là biến đổi Fourier của hàm tương quan,
là các hàm lưỡng cực.

2
4
2
2
0 012
0 0
W( )
1 1
( )
4 cos
p
x
dI
P t s k
I d c
θ
ω
ε
θ
 
= = ∆
 ÷
Ω
 
2
012
p
t
2
( )

x
s k∆
2
W( )
θ

Hàm thể hiện đặc tính bức xạ của cường độ tín hiệu phát có thể
được chia thành ba thành phần W
x
, W
y
, và W
z
. Ba thành phần này tác
động như một lưỡng cực Hertz trên một bề mặt kim loại.

Vị trí tương đối của mặt phẳng quan sát và mặt phẳng tới được đo bằng
góc
Phương pháp thông thường là quan sát tại
, tức là mặt phẳng tới (1) và mặt phẳng quan sát (2) song
song.
- Góc tới , góc quan sát .
- Véc-tơ p vuông góc mặt phẳng quan sát
là phân cực s, song song là phân cực p.


Nội dung
2
( )W
θ

φ
0
0
φ
=
0
θ
θ

có sự ảnh hưởng mạnh mẽ và thay đổi sự phân bố góc của ánh sáng phát ra như hình bên. Thể hiện phân bố
cường độ ánh sáng từ một bề mặt gồ ghề tại .

Ánh sáng đến là phân cực p . Phân bố ánh sánh được xác định chủ yếu bởi độ gồ ghề bề mặt. Phân cực s
.

Khi xem xét trường hợp
độ gồ ghề ảnh hưởng ít bởi do
sự thay đổi giữa = 90 và -90.


Nội dung
2
( )
x
s k∆
0
0Ψ =
0
( 90 )Ψ =
0

( 0 )Ψ =
0
90
φ
=
x
k
δ
Nội dung

Thí nghiệm đáng chú ý

Việc bố trí thí nghiệm để đo góc phân bố cường độ được
trình bày ở hình bên.
•
Tại lớp tiếp giáp không khí/kim loại của tấm phim kim
loại, SPs được kích thích.
•
Tấm film được lắng đọng được giữ lại ở trên lăng kính
hoặc nửa hình trụ tròn (P) được ngâm trong dầu tiếp xúc
quang
•
Hệ thống này được giữ cố định trên giác kế (G).
•
Chùm ánh sáng (L) có thể là laser hoặc bóng đèn xeon đơn
sắc có công suất lớn đi qua bản đồng (C).
Nội dung
•
Độ chính xác điểm đặt với (tuyệt đối), thông số liên quan tới độ chính xác của biên và toàn bộ lượng phát xạ
được xác định (0.02

0
) có , chùm laser phân kỳ khoảng 0.01
0
và đèn xenon đơn sắc là 0.05
0

•
Từ kết quả trên sau khi sự bay hơi, những cộng hưởng nhỏ nhất (hoặc lớn nhất tùy theo cách được dùng) thay thế bới
những góc nhỏ hơn và chiều rộng chỉ còn một nửa trong một giờ đồng hồ để có được xấp xỉ 1%.
•
Độ nhạy của phương pháp này được cải thiện đáng kể.
•
Hầu hết những thí nghiệm trên SPs thực hiện với bạc.
0.01
o
ο
θ
∆ =
o
θ
0.04
ο
ο
θ
∆ =
Nội dung

Xác định tham số độ gồ ghề

Hàm số độ gồ ghề |s( k

x
)|
2


Mô tả bởi đồ thị tuyến tính
k
x
>10
-3
bởi tương quan hàm số
Gauss

Giá trị P(θ) = (1/I
0
)dI/d đã được đo

|W(θ)|
2
được tính toán với
có được từ sắp xếp ATR tối thiểu
của bề mặt bạc

Đồ thị là một hàm của
có thể được mô tả bởi đồ thị tuyến tính bởi
tương quan hàm số Gauss.
1
(w)
δ
2

ln ( )s kx∆
( )
∆
( )
2
x
k∆
1
3
10 A
o
x
k
−
−
∆ >
Nội dung

Độ dốc và ngoại suy tuyến tính với k
x
= 0 là . Giá trị của tham số độ gồ ghề có được với phương pháp này được lấy từ
trong bảng 3.1.

Tán xạ ngược mạnh tại k
x
<1x10
-3
A
-1


Miền biểu thị thành phần gồ ghề của của bước sóng dài với số dư là 1µ.

Tán xạ dư thừa tại giá trị mức thấp này cũng được thấy ở bề mặt Zerodur xem hình 5.10b.
σ
δ
2 / k
λ π
= ∆
x
k∆
Nội dung

Nếu chất nền tấm thạch anh được thay thế bằng “ supermooth “ thạch anh, thì tán xạ giảm mạnh. Chứng minh rằng chất
lượng đo ở mức chất nhận được.

Nếu tấm film kim loại làm bằng chất thô như CaF
2
, MgF
2
, … thì tán xạ mặt trước cũng giảm đáng kể so với ở mặt sau.
So sánh hình 4.5 và 3.8. Do vậy một phần tuyến tính được mở rộng và độ chính xác của cũng được
tăng lên.

Thí nghiệm cùng loại trong điều kiện so sánh đã được thực hiện bởi Braundmeier and Hall. Kết quả thực nghiệm cơ
bản phù hợp với hiện tượng quan sát, được mô tả: Sự xuất hiện của một búp sóng phía trước và một búp sóng phía sau
mạnh.

Kết cấu bề mặt có ảnh hưởng lớn đến cường độ của búp sóng phía trước, do đó phân bố có thể thay đổi góc phân bố.

Giới hạn dưới σ của màng Đồng(Cu) 500 Å trên thạch anh: σ>4.4 Å và Đồng trên Mica: σ>5.8 Å. Trong thử nghiệm

với Al ~440 Å sử dụng ATR giá trị thu được là: σ=25 Å và σ =1390Å.
( )
2
ln
x
s k∆
( )
,
δ σ
Nội dung

Hướng tán xạ

Hướng tán xạ:


Các plasmon mất giá trị khác nhau khi |Δk|=2|k
x
|sin(Φ/2) thành phổ nhám và lệch góc Φ.

Các SP biến dị lan truyền trên bề mặt kim loại và phát ra ánh sáng dưới góc độ phản chiếu vào mặt sau của
tấm kim loại
x
k k k∆ = −
( ) ( )
012
4
2
2
0

1
4 W , ,
p
i s
back
dI
t s k
i d c
ω
θ θ φ
ω
 
= ∆
 ÷
 
Nội dung

Hướng tán xạ

Phương trình này hiển thị 2 yếu tố: 1 là đầu vào, 2 là ánh sáng tán xạ

Kết quả tương tự được tìm thấy trong các tính toán sau này của thuyết SERS, sự khác biệt là có ánh áng
phân tán đã bị tổn thất năng lượng nhỏ bằng cách kích thích quá trình chuyển đổi của Raman

Hình bên là vòng ánh sáng phát ra
từ SPs ngược trở lại tên thạch anh.
SPs được tán xạ xuyên qua bề mặt
phim bạc mỏng. Đây là hình ảnh
chụp trực tiếp trên phim.
Nội dung


Độ gồ ghề bề mặt và lượng gồ ghề của bề mặt

Độ gồ ghề của bề mặt.
•
Khái niệm độ nhám bề mặt là các bức xạ lưỡng cực được tạo ra bằng phân cực phân bố trên một bề mặt. Độ
nhám có thể bao gồm cả tính không đồng nhất trên khối nơi có sự biến thiên không gian của hàm điện môi.
•
Biểu thức
( ) ( )
x,y,zΔεεx,y,zε
11
+=
−
Nội dung

Đối với tấm bạc có bước sóng
Click to edit Master text styles
Đồ thị thể hiện độ nhám bề mặt

A 5000=
λ
( )
i37.04.9
1
+−=
ωε
θ
ε
θ

2
'
1
2
1
1 tg
tg
I
I
suft
s
p
+
=








2
'
1
1
ε
suft
s
p

vol
s
p
I
I
I
I








=








Nội dung

Lượng gồ ghề và bức xạ SPs

Hệ thức độ phân tán của bức xạ


Bắt đầu tại nhỏ và

Sự giảm nhỏ của nó khi tăng dần
x
k
p
ωω
=

























+=
2
2
22
1
1
p
x
p
p
k
k
dk
ωω
x
k
2
2
2
1















=
p
xx
k
kdk
T
ω
Nội dung

Đo sự nhấp nhô bề mặt bằng kính hiển vi đường hầm điện tử
•
Tấm phim bạc đặt trên nền thủy tinh hay thạch anh có độ dày 500Ǻ
•
Phương pháp tán sắc ánh sáng ( điều khiển trực tiếp
•
Kính hiển vi đường hầm điện tử có độ phân giải ≈1Ǻ
Vùng a: vùng có độ mịn thường : 5-10 Ǻ
Vùng a: vùng có độ mịn thường : 5-10 Ǻ
Vùng c: vùng rất mịn
Nội dung

Phương thức ATR có thể sử dụng để kích thích các mode trong ống dẫn sóng

Nguồn gốc của bức xạ ánh sáng là vấn đề cơ bản của bề mặt


Đo độ nhấp nhô bề mặt trong ống dẫn sóng
Đo độ nhấp nhô bề mặt trong ống dẫn sóng

Đường phản xạ của một lớp của các mode khác nhau

Đường hẹp nhất thuộc về mode s hay TE

Đường rộng nhất thuộc về mode p hay TM
Các trường trong mode p thâm
nhập sâu vào kim loại hơn là các
trường mode s
Nội dung
Đo độ nhấp nhô bề mặt trong ống dẫn sóng
Giá trị θ
0
và Δθ
0
1/2
, vị trí và nửa độ rộng của sự cộng hưởng nhỏ nhất
θ
0
Δθ
0
1/2
M
s
Exp. Conv. Exp. Conv.
0 62.20 62.20 0.05 0.05
1 59.34 59.31 0.05 0.07

2 54.94 54.86 0.08 0.08
3 49.11 49.14 0.11 0.11
Nội dung
Thank You !