Báo cáo công nghệ nano surface plasmon chương 4

Page 1

Nội dung
4.1 Thay đổi thuộc tính bề mặt plasmons nguyên nhân gây độ nhám 2
4.2. Xác định sự tăng cường độ nhám 6
4.3 Thảo luận các vấn đề lý thuyết 8
4.4 Giảm tổng tực tiểu phản xạ như một chưc năng hãm 11
4.5 Tăng cường và nhám; thế hệ sóng hài bậc hai (SHG) 12
4.6 Hiệu quả của việc ghép nối plasmon - Photon 17
4.7 Sự phát xạ ánh sáng từ ống điện tử không đàn hồi trong liên kết MOM
và MIS 18















Page 2

Bề mặt với độ gồ ghề tăng cường.

Theo những kết quả đã đạt được trong việc tăng độ nhám bề mặt đã đạt được:
Bên cạnh việc phát xạ ánh sáng, một sự thay đổi liên quan đến độ tán sắc được so
sánh với độ nhẵn bề mặt đã được nêu ra. Trong khi sự phát xạ ánh sáng được phát
ra gần như trong lần đầu, một sự ước lượng cao hơn được nêu ra là cần thiết để
đánh giá sự ảnh hưởng tới mối quan hệ tán sắc, nó là kết quả của nhiều nhân tố gây
tán xạ. Sự cải tiến là như thế nào để có thể thay đổi độ nhám bề mặt vẫn chưa được
tìm ra. Vấn đề này sẽ cụ thể hơn với một bề mặt có độ nhám cao, đây là một mô
hình ‘localized” plasmons cho phép ta có một sự am hiểu khá rõ trong khi quan sát.
Bề mặt nhám hơn có thể được tạo bằng phương pháp bốc hơi màng tinh thể
, , Chiolit, etc., Trên chất nền như những lớp ở dưới trước khi sắt được
kết tủa trên bề mặt. Quy trình này được sử dụng chung trong quá trình tăng độ
nhám tốt, cũng cho phép tăng cường việc tái sản xuất độ nhám của những tấm film
bằng sắt có thể thực hiện được. Điều này có thể thực hiện được với những tấm film
bằng bạc với độ dày 500 , cho bốc hơi trên các lớp , một mối quan hệ tuyến
tính của r.m.s. Chiều cao với độ dày d của tấm film . Thay vì dùng một lớp
bên dưới, tấm film silver- island đã được dùng để tăng độ nhám của tấm film
bằng bạc được hóa hơi trên silver-island [3.8]. Chi tiết xem phần4.2.
4.1 Thay đổi thuộc tính bề mặt plasmons nguyên nhân gây độ nhám
Nếu đường cong ATR của tấm film bằng bạn cho thấy độ nhám khác nhau
được tạo bởi với hai độ dày d của CaF2 khác nhau, đường cong thu được hình 4.1.
Đường cong này cho thấy: Ở một bước sóng nhất định góc cộng hưởng (ATR nhỏ
nhất) được thay bởi một vector sóng lớn hơn và với độ rộng tối thiểu lớn hơn
[4.1,2]. Ảnh hưởng này đã được đo với d(CaF2) ở 250 hay (toàn bộ độ
nhám) như hình 4.2. Ở đây sự độc lập được thay thế bởi một miếng đặc
biệt: (độ dài bước sóng) so với ( giảm từ dưới lên
trên. Sự biểu diễn ( cho phép thấy những thay đổi nhỏ các vấn đề liên quan đến
tán sắc rõ hơn rất nhiều. Gía trị giữa d(CaF2)= 0 và 100 nằm trong lỗi đo lường.
Hình 4.2 chứng minh rằng vận tốc pha của SPs giảm khi tăng . Số liệu là
độc lập với việc tăng đạt được từ các thí nghiệm phản xạ hay tán xạ [4.3]. Đánh
giá những kết quả thí nghiệm (hình 4.3a,b) cho thấy sự tăng nhanh của và

Page 3

với ; thể hiện rõ hơn sự ảnh hưởng của bước sóng , đặc biệt với sự ảnh
hưởng của những bước sóng ngắn.

Hình 4.1. Cường độ ánh sáng phản xạ tương đối phụ thuộc vào góc
tới ở tấm film bạc dày 540 được làm nhám bởi lớp bên dưới
CaF2 với độ dày lần lượt là 0, 500,1000, and 2000 . Ảnh hưởng mạnh mẽ trên sự
dịch chuyển tối thiểu ATR và độ rộng của nó là khá rõ [4.1]. Phản chiếu tối thiểu
đạt giá trị thấp nhất ở1000 . Hai dây là điều kiện phù hợp, cân bằng quá trình tắt
dần bên trong và làm giảm sự bức xạ đã được giải quyết. Kết quả thí nghiệm được
thể hiện trong hình 3.1.
Hình 4.2. Sự dịch chuyển vị trí các góc phản xạ tối thiểu ở những bước sóng
khác . nhau. Những con số trên những đường cong cho thấy độ dày khác nhau
của nhữngstấm film CaF2 bên dưới: 0: 0 ; 1: 100 ; 2:250 ; 3:500 ; 4:1000 ; 5:
1500 ; 6:2000 [4.3]. Hai đường cong 5 và 6 cho thấy một đường uốn màu đen ở


Page 4

góc tới lớn hơn được tạo ra do sự gảm nhanh về độ dịch chuyển theo phương pháp
này, xem(4.5-7).
Ảnh hưởng của các bước sóng, đặc biệt là những tác động mạnh hơn ở cự ly
của sóng ngắn.
Kết quả tương tự đã được quan sát thấy ở bề mặt của vàng; những ảnh hưởng
rộng hơn được quan sát ở [4.4].
Bảng 4.4 thể hiện các giá trị quan sát được của và với những bước
sóng khác nhau , không chỉ vậy, các giá trị được tính toán dùng để ước lượng trong

kết quả mô phỏng lần hai. Tiếp theo là một hệ số nhỏ hơn 10 lần so với dữ liệu đã
được quan sát.

Hình 4.3. Sự dịch chuyển góc (a) và tăng một nửa độ rộng ( ) (b)
của mức phản xạ tối thiểu với tấm film bạc dày 540 Å ở những bước sóng khác
nhau ( ) so với biểu thức tính độ nhám.(1) =6200Å; (2) =5600Å; (3) =5000Å;
(4) =4400Å. Độ nhám này tính dựa vào độ dày của lớp bên dưới, xem hình
4.2. giá trị quan sát được ở d > 1500Å và lớn hơn và
.


Page 5

Table 4.1a. Giá trị (tính theo độ ) của 1 tấm fim bạc có độ dày 540Å với
độ nhám khác nhau và các bước sóng ánh sáng khác nhau [3.12].

Table 4.1b. Giá trị (tính theo độ) của 1 tấm fim bạc có độ dày 540Å với
độ nhám khác nhau và các bước sóng khác nhau.

Trong hình 4.4. một sự so sánh được thực hiện giữa sự phụ thuộc của
trên độ nhám bề mặt của bạc với hàm với sự phụ thuộc mạng lưới
nhiễu xạ với một hằng số nhiễu xạ a = 4400 như một hàm biên độ
lưới nhiễu xạ h. Việc lựa chọn lưới nhiễu xạ phụ thuộc vào độ nhám bề mặt là một
việc khó; chúng tôi chọn một lưới nhiễu xạ với kích thước a= 4400 nó cho thấy
sự phụ thuộc rất lớn liên quan tới với giá trị của h ở bước sóng . Sự so
sánh cho thấy một hình sin ảnh hưởng tới vấn đề tán sắc nhỏ hơn so với độ nhám
bề mặt. Điều này là dễ hiểu nhưng điều ngạc nhiên ở đây là sự khác biệt được thể
hiện rất rõ.

Page 6


Hình 4.4. Quan sát so sánh sự thay đổi (tính theo độ) trên một lưới hình
sin ( ) và trên một bề mặt nhám của một tấm film bạc, dày 540 Å, chức
năng hoạt động như một lưới h(+) resp. Độ nhám cao . Dữ liệu ( ) phải được
nhân với hệ số 10 (!). Tính toán (
∘
) và các dữ liệu lưới (+) với tỉ lệ đang xét cho
phù hợp.
4.2. Xác định sự tăng cường độ nhám
Để có sự tương quan của r.m.s. độ cao với độ dày d( ), sự phân phối
góc đối với ánh sáng tán xạ ( đã được đo đạt với tấm film bằng bạc kết tủa
trên các lớp với những độ dày khác nhau. Hình 4.5 cho thấy một ví dụ về
việc phân phối góc với tấm film bằng bạc được kết tủa ở 1000 lớp dưới.
Những đặc tính này cho thấy các vấu hướng về sau được so sánh ngược với cấc vấu
phía trước, sau đó sẽ giảm dần trước 1000 , ở lớp dưới giảm sự ảnh hưởng
của sóng bề mặt [3.8]. Độ phụ thuộc của sóng liên quan rất nhỏ.
Nếu chúng ta sử lý được thuyết tán xạ ánh sáng bậc cao, sự đánh giá để có
được giá tị là có thể đạt được. Sự ước lượng tuyến tính làm mất giá trị của nó với
độ nhám lớn hơn. Do đó một thực nghiệm đã được đưa vào ứng dụng để có được
những giá trị . Khi mô tả trong Sect.2.5 mức tối thiểu của ATR với miền cân bằng


Page 7

fresnel được dùng có được giá trị của . Miễn là độ dày của tấm film nhỏ,
nhỏ hơn khoảng 200 , giá trị của .

Hình 4.5. Phân tán cường độ p-plolarized cho mỗi phần tử góc d và cường

độ suy hao so với góc quan sát được trong tọa độ cực cho các bước sóng khác
nhau: ( ) = 5500 Å; ( ) = 5000Å; ( ) = 4500Å, d( )=1000 Å; d(Ag)
= 500Å. Ngược lại với hình 3.5. Đúng như ở [4.3]
Quy trình này không có gì khác với những vấn đề nêu ra trong tài liệu. Với độ
dày của tấm film lớn hơn số liệu lệch nhiều hơn nữa ở cùng một tần số ổn
định như hình 4.6. giá trị của cho thấy sự biến động giữa d( )= 0 và
500 nó trở nên nhẵn hơn.
Sự ảnh hưởng được đưa vào (3.1), quy trình cho thấy sư chính xác về
việc ước lượng tuyến tính của (3.1). Do đó tất cả thuật ngữ ở trong (3.1) được cho
để tính . Giả sử hàm tương quan gaussian các thông số độ nhám được
tính cho với kích thước . Với những


đánh giá mối quan hệ
tuyến tính của

và những kết quả d( ), xem hình.4.7 [3.7], đường cong (a),
đường cong (b) của hình 4.7 thể hiện sự giao thoa giữa tín hiệu [4.8] đạt được với
phương pháp FECO, xem [4.9]. Đường cong (a) cho giá trị của

để d( )= 0 có
nghĩa là độ nhám tự nhiên của bề mặt tấm bạc trong khi cường cong (b) lại cho


Page 8

thấy độ tăng của

là nguyên nhân dẫn đến độ tăng của d( ); những giá trị bắt
đầu của không được ghi lại trong[4.8]. Nếu chúng ta giả định , cả hai

đường cong trên đều đồng nhất với nhau. Mối liên hệ này gần như là sự độc lập
với những bước sóng khi quan sát ở 4500Å, 5000Å và 5500Å. Những giá trị này có
thể chính xác trong khoàng 25%.
4.3 Thảo luận các vấn đề lý thuyết.
Trong khi vấn đề phóng xạ do mối nối photon-SP là nguyên nhân gây ra sự
ước lượng trong lần đầu (3.1), sự chuyển rời
0


không diễn ra, nó cần một sự tính
toán về tán sắc cao hơn, khi được thể hiên với những phương pháp khác nhau bởi
Kroger-Krétchmann [4.10] và maradulin-Zicrau[4.11]. Giải pháp về sự liên quang
tán sắc này được tính toán bởi công thức với số phức nó tỉ lệ thuận
với r.m.s. độ cao .


Hình 4.6. "Ảnh hưởng" chức năng điện môi phụ thuộc vào d(CaF2) tại các
bước sóng khác nhau: (1) λ=6471 Å, (2) λ=5309 Å, (3) λ=4762 Å. Từ [4.3].


Page 9

Hình 4.7. Sự liên quan giữa r.m.s, độ cao δ và độ dày của lớp film CaF2 đối
với các tấm film bạc dày 500 Å. (a) các kết quả từ phát xạ ánh sáng; (b) sự tăng độ
nhám bởi các lớp CaF2 (FECO Figures of Equal Chromatic Order - method).Từ
[2.19].


(4.2)
Phần thực của tạo ra sự dịch chuyển

0


khi mà phần ảo của có nhiệm
vụ cho sự giả dịch chuyển: ( ). Kết quả nghĩa là
2
S
. Cụ thể hơn
cho mối liên hệ
A
và
B
có thể tìm thấy trong [4.10 -12]. Ở đây được lấy như là
một hằng số.Trong trường hợp này chỗ được lấy như hằng số, tần số thay đổi
khi.

Với vận tốc nhóm của SPs không thay đổi.
Sự liên quan về tán sắc trong sự đánh giá này được cho bởi giả pháp ở
trên, có dạng [4.12,13]
22
2 ' ' '
0
( 1) ( )
r x x x x
D D d k g k k H k
c c c
  
  
     
   

     
     

4.4
Với mối lên quan về vấn đề tán sắc đối với những bề mặt nhẵn (2.2),
và (sắt) và:
' ' ' ' '
0 1 0 1
0
1
( ) . ( ) . . ( )
x x x z z x x x z x z
H k k k k k k k k k k k
D

   
  
   
4.5
Trong mối quan hệ này giá trị K cho bởi đơn vị .
Về mặt vật lý, vận tốc nhóm của SPs thấp hơn rên bề mặt nhám là kết quả của
rất nhiều sự tán xạ; trong trường hợp đơn giản nhất.


Page 10



Nó có nghĩa: (1) sự tán xạ trong một hướng mới, một tán xạ tiếp theo vào
hướng tán xạ ban đầu. Do đó có một môi trường trong hướng ban đầu được tạo ra

bởi truyền sóng tán xạ với vận tốc pha giảm khi môi trường ban đầu được phân
biệt khá nhanh (định lý tồn tại Ewald- Osceen)
Nếu (4.2) được ứng dụng cho bề mặ nhám, giả sử hàm Gaussian cho
2
S

[4.14], số liệu lấy được là và , số liệu này nhỏ hơn rất nhiều so với số
liệu đã quan sát được [3.12], nhìn bảng [3.1], sự ảnh hưởng của đường hình sin
với các thuộc tính củaSPs, tuy nhiên, nó cho thấy sự ước lượng lần hai khá tốt, xem
chương 6. Rõ ràng , nhiều sự tán xạ trên bề mặt đã có thể hoạt động ở khá thấp,
mức đó đến giờ vẫn chưa thể tính được .
Những năm gần đây, tuy nhiên những giải pháp mang tính lý thuyết được
dùng khá phổ biến , nó bao gồm tất cả các yêu cầu cao hơn(4.15). Ứng dụng cho
những kết quả thí nghiệm không lưu đến nay.
Một gợi ý để có thể hiểu sự ảnh hưởng lớn của độ nhám có thể được đưa ra
bàn luận tiếp theo:
Thảo luận về sự ảnh hưởng của độ nhám, chúng ta giả sử để có sự
ước lượng đầu tiên; điều kiện này là cần thiết cho sự mô tả trung bình. Nhưng hình
3.15 chứng minh rằng cấu trúc ở cỡ nguyên tử cho thấy một vài vùng của hình mô
phỏng có những bước nhảy với độ dốc cao hơn h/a khoảng 0.4( ). Do
đó một số vùng có thể có tác động nhỏ trên những bề mặt khá nhẵn những
tác động này là không đáng kể. Nhưng mà nếu sự ảnh hưởng này tăng nhanh với sự
tăng độ nhám bề mặt chúng có thể gây ra những ảnh hưởng lớn . Đây chính là lý
do giải thích cho vấn đề nêu trên, ví dụ là sự thất bại trong sự ước lượng lần thứ
hai.
Liên quan đến vấn đề cân bằng miền Fresnel, chúng tôi thấy rằng độ nhám
nhỏ được giả định trong lần ước lượng đầu tiên gây ra sự suy hao năng lượng là
không đáng kể trong quá trình bức xạ ánh sáng khuếch tán và làm cho miền cân

Page 11

bằng Fresnel là không đổi. Trong sự ước lượng lần thứ hai, tuy nhiên đã dẫn đến sự
thay đổi khi tính toán với tỉ lệ bình thường đã nêu ra trong[4.16]. Đã có nhiều vấn
đề liên quan được được mở rộng với những tỉ lệ gián tiếp để đánh giá độ nhám của
tấm film bằng nhôm khô được chiếu xạ với điện tích electrons là
2.16]. Một sự ước lượng cao hơn, tuy nhiên, nó là không đủ để có những
đánh giá chất lượng.
4.4 Giảm tổng tực tiểu phản xạ như một chưc năng hãm
Hình 4.1 hiển thị các ảnh hưởng của sự tăng cường độ nhám trên ATR cực
tiểu hoặc trên các chế độ SP. Ngoài ra, nó cho thấy đỉnh phản xạ tối thiểu qua một
giá trị gần như = 0 , Điều này xảy ra tại d(Ca khoảng 1000Å hoặc một
đỉnh độ nhám (tổng cộng) khoảng 15Å. Điều này giống với trang thái ở bề mặt
nhẵn, nếu lựa chọn độ dày d của tấm phim kim loại, do đó ( 2.24 ) được thực hiện.
Ở đây, trong trường hợp của các bề mặt nhám, người ta phải đưa vào ( 2.24 ), thêm
vào đó số hạng gảm bức xạ , thêm một số hạng nữa mô tả sự giảm
bằng phát xạ ánh sáng trong không gian không khí, nó tăng khoảng và góp phần
vào sự dịch chuyển của . khi
= + (4.7)
Các điều kiện kết hợp được thực hiện và trường tăng cường được mong đợi.
Trong tấm phim bạc dày hơn khoảng 1000 Å, có thể được bỏ qua và là
xác định.
Các hoạt động tự như trong hình.4.1 đã được quan sát thấy ở các cực tiểu phản
xạ trên lưới: ví dụ, biên độ của các hình sin được tăng lên, đỉnh phản xạ cực tiểu đi
qua 0, xem Chương. 6
Để hiểu được các đường cong của hình.4.1, ít nhất là về chất lượng, chúng tôi
tính toán và cho các độ nhám khác nhau. Trong mục 2.9 các giá trị của
= 22µ và = 1400 µ đạt được để δ = 5Å và σ = 1500 Å điều này có nghĩa là
cho đường cong d(Ca = 0 trong hình.4.1. Nhám bề mặt tăng ,
do đó cực thiểu bị lõm hơn. Tại d(Ca ≈ 1000 Å hoặc δ ≈ 15 Å (tổng cộng độ

nhám ) ta mong đợi , Áp dụng vào ( 2.57 ), chúng ta có được một giá trị
δ ≈ 40 Å. (σ = 1500 Å), trong đó có phần lớn hơn 15 Å. Ở đây ta cần nhiều tài liệu
thí nghiệm hơn.


Page 12


4.5 Tăng cường và nhám; thế hệ sóng hài bậc hai (SHG)
Tăng cường lĩnh vực
2
, (2.25), đã được áp dụng để mô tả các phát xạ ánh
sáng mạnh từ bề mặt nhám trong xấp xỉ tuyến tính, xem (3.1). Trong sự xấp xỉ này
một giả định rằng các trường trung bình trên bề mặt được tăng cường bởi các hệ số
tương tự
2
như trên một bề mặt nhẵn.
Với độ nhám lớn hơn, , các thí nghiệm tán xạ ánh sáng có thể được
đánh giá xấp xỉ: chúng cho thấy giá trị phải được giảm cho độ nhám lớn hơn. Nó
theo sau việc sử dụng (3.1), có hệ số tăng cường (2.27), giảm khi lớn hơn các giá trị
. Ví dụ, với và bạc số hạng giảm từ 80 đến 50 tại 15
Xem thêm hình. 16, Chap. 9 trong [2,4]. Kết quả này có thể được xây dựng như
sau: thương số giảm xuống với , ở đây . Sẽ đáng
quan tâm khi xác minh điều này bằng thực nghiệm và lý thuyết.
Đáng chú ý là hành động tương tự đã được tìm thấy trên cách tử: cường độ
nhiễu xạ tăng cường bởi SP kích thích chia biên độ lưới giảm theo h với
. xem chương 6.
Trong phạm vi này, chúng ta sẽ thảo luận về một đề xuất để xác định độ nhám
bằng cách đo cường độ của ánh sáng [4,17]. Nếu một chùm ánh sáng cường độ
cao có tần số bắn trúng một bề mặt nhám ở một góc photon có thể mất

từ quang phổ nhám, do đó
được thực hiện (bộ ghép lưới). Một điện trường mạnh mẽ được tạo ra trong đó một
photon đến thứ hai với tần số tạo ra thông qua các số hạng bậc hai của độ nhạy
sáng với tần số ; cường độ của nó là tỷ lệ với Quá trình này tương
ứng với SHG trong thiết bị ATR, xem hình. 2.30. Cường độ tính toán dược của
bức xạ dựa trên một xấp xỉ tuyến tính cho thấy một cường độ
đỉnh mạnh mẽ tại một góc độ nhất định trên một nền băng rộng . Các thông số
độ nhám được chọn trong [4,17] như và , nhưng kết quả vẫn
có hiệu lực nếu nó giảm xuống còn , để các khu vực của xấp xỉ tuyến tính
đạt được và giả định rằng mối quan hệ phân tán là không thay đổi bởi độ nhám, đã
được thực hiện. Do đó cường độ giảm theo hệ số 100, nhưng nó phải đủ cao để có


Page 13

thể đo được. Thí nghiệm với SP mở rộng trên các bề mặt nhám để phát hiện sự
phân phối góc của cường độ chưa được công bố.
Độ nhám lớn và thế hệ SHG. Plasmon cục bộ. SERS
Đến nay không tồn tại thí nghiệm ATR ở Độ nhám lớn hơn 20-30 không có
ATR một số kết quả cần chú ý trên các bề mặt nhám đã được tìm thấy sẽ được thảo
luận trong chap.5.
Ở đây chúng tôi trình bày các kết quả thu được cho các bề mặt rất nhám bao
gồm những hạt bán kính khoảng 500 . Chúng được xử lý ở đây, kể từ khi khái
niệm trung tâm là sự dao động tập thể bản địa hóa của các điện tử hoặc plasmon
cục bộ trong sự tương phản với các phương thức mở rộng hoặc nhân giống. Chế độ
cục bộ đó đều được biết đến, như eigen chế độ của quả cầu nhỏ.
Trong phần sau đây, một loạt các thí nghiệm này được mô tả và giải thích.
Thí nghiệm trên bề mặt bạc, thô ráp trong chất điện phân bởi
một chu kỳ giảm oxy hóa được mô tả bởi Chen et al. [4,18]. Bằng cách này: Với
một thiết bị như vậy Fleischmann et al. đã phát hiện ra SERS. Ảnh hiển vi điện tử

cho thấy cách với nhau bởi một khoảng cách 1500A -3000A Trong những thí
nghiệm một chùm tia laser là hướng về bề mặt thô ở một góc 45 Ánh
sáng phân tán là khuếch tán và gần đẳng hướng trong việc phân phối góc. Phân
phối quang phổ của nó, màn hình hiển thị trong hình. 4.8, cho thấy một đỉnh mạnh
tại 2 trên nền băng rộng. Ngược lại, tín hiệu từ một lá bạc mịn là cũng chuẩn trực
trong chùm specularly phản ánh. Tổng số 2 cường độ phát ra từ bề mặt thô vào
không gian không khí là khoảng 10
4
lần mạnh hơn so với 2 cường độ trong chùm
specularly phản ánh trên bề mặt trơn tru. Vàng tăng cường này là yếu khoảng 10
lần. Các tác giả ước tính rằng - tùy thuộc vào cường độ - lĩnh vực địa phương trong
bạc được tăng cường khoảng một yếu tố của 20-400.


Page 14


Hình 4.8. Quang phổ của tín hiệu ánh sáng phản xạ ở một tấm film bạc rất thô. Số
tiền các tần số ánh sáng đến 1,06 ; phân phối quang phổ cho thấy một tín hiệu
mạnh mẽ ở tần số gấp đôi.

Các thí nghiệm khác đã được công bố trên các bề mặt rất thô của Boyd et al.
[4,19], được tạo ra bởi kim loại bay hơi khác nhau trên một chất nền thủy tinh
mạnh mẽ khắc. Bề mặt bao gồm trong trường hợp này những chỗ lồi lõm của độ
dày khác nhau (100-1000A), chiều cao và khoảng cách khác nhau; những lời
khuyên được coi là hemispheroids và do đó đã thay đổi eigen chế độ tùy thuộc vào
a / b.
Nếu cấu trúc gồ ghề này được chiếu xạ với ánh sáng đơn sắc, đây 1.06 , những lời
khuyên với một hình học phù hợp a / b rất vui mừng trong cộng hưởng và phát ra
một mức nhất định của 2 cường độ ánh sáng. Cường độ SH này được so sánh với

sản xuất trên một bề mặt bạc trơn tru.
Tỷ số của cả hai cường độ đã được đo cho một số lượng lớn kim loại và
germanium. Dữ liệu quan sát được âm mưu chống lại thương số được tính sử dụng
các giả định chỉ đề cập đến và trung bình trên bề mặt, chúng nằm tốt hơn so với
một thứ tự cường độ trên một đường thẳng với 45 độ dốc. Điều này hỗ trợ việc


Page 15

giải thích của ánh sáng SHG quan sát thấy là do các trường điện từ địa phương cao
trong trường hợp cộng hưởng.
Sự phụ thuộc của cường độ lý thuyết SERS về việc tăng cường lĩnh vực về cơ
bản giống như sự phụ thuộc của thế hệ SH về việc tăng cường lĩnh vực. Nó đã được
xác nhận bằng thực nghiệm, xem [4,19], và ngụ ý rằng những điều kiện SERS chủ
yếu là một hiệu ứng điện từ (sự tương tác hóa học giữa các phân tử hấp thụ và kim
loại không có vai trò quan trọng).
Các ví dụ và một số thí nghiệm tương tự dẫn đến kết quả là việc tăng cường
mạnh mẽ của SERS khoảng 5 x 10
4
có thể thu được trên bề mặt mà bao gồm ít
nhiều bị cô lập hạt bạc khoảng 500A bán kính cách nhau bằng khoảng cách khoảng
1500-3000A Mẫu với các hạt lớn hơn 2000A bán kính đó được tiếp xúc với nhau
cho tín hiệu Raman khoảng 10 x lần nhỏ hơn [4.33].
Giải thích này của SERS như cộng hưởng điện tử tập thể trong các hạt nhỏ đã
được đề xuất bởi Moskowitz người nói rằng "hành vi này có thể được giải thích
bằng cách tác động có nguồn gốc trong va chạm kim loại được phủ adsorbate trên
bề mặt kim loại".
Bề mặt, trong đó có một độ nhám 150A chiều cao dưới kính hiển vi điện tử
quét, cho thấy không có cải tiến. Trong bối cảnh này "không có cải tiến" có nghĩa
là giá trị dưới 100 cho một đơn lớp pyridin bạc. Tuy nhiên, điều này không nói

rằng "thông thường bề mặt plasmon mô hình" phải được sửa đổi [4,32]. Như đã đề
cập trước đó, sự tăng cường của khoảng 100 dự kiến sẽ ở độ nhám của
và cũng được đo bằng các thí nghiệm của Girlando et al, do đó phương pháp
nhạy cảm hơn sẽ phát hiện ra một tín hiệu Raman trong thí nghiệm của [4,32].
Đáng chú ý là việc tăng cường mạnh mẽ không giới hạn các lớp đầu tiên của
các phân tử hấp phụ đó là tiếp xúc với bạc. Tăng cường dòng Raman nhất định
pyridin trên bạc trong các thí nghiệm SERS tại = 4880A tăng với chi phí thanh
lên đến bảy đơn lớp tương ứng với khoảng cách khoảng 50A, bởi một nhân tố 3.
Một bước thú vị đối với điều kiện thí nghiệm xác định tốt hơn về cấu trúc gồ ghề
đã được thực hiện bằng cách xây dựng một độ nhám Cơ cấu kiểm soát. Tiến trình
này được thực hiện bằng cách sản xuất với kỹ thuật microlithographic một mảng
với bài viết với lời khuyên gần hemispheroid-như, do đó nhiều hình dạng và kích


Page 16

thước được giảm đi rất nhiều. Các bài viết, khoảng 5000A cao, ít hơn khoảng
1000A đường kính và ở khoảng cách khoảng 3000A ngoài, bao gồm SiO
2
đứng
trên một bề mặt Si. Sau đó bạc bốc hơi trên chúng ở điều kiện chăn thả, do đó
những lời khuyên chủ yếu bao phủ bởi kim loại và do đó ít nhiều bị cô lập với
nhau. Chiếu xạ mảng này với ánh sáng laser, eigen chế độ của những đầu kim loại
được kích thích cộng hưởng và do đó sản xuất các lĩnh vực mạnh mẽ. Để một xấp
xỉ đầu tiên của chế độ rung độc lập: "localize" plasmon.

Hình 4.9 Trên những đỉnh của các cột SiO2 của mảng này thường có hình dạng
của một elip hình elip cầu. tần số eigen của chúng được đưa bởi các thương b/a
của đỉnh. Chiếu xạ của mảng này với ánh sáng biến tần cho thấy một sự cộng
hưởng ở cường độ SERS như hình 4.10

Cấu trúc lý tưởng này cho phép ( cái nào đó) tính toán các giá trị nâng cao dự
kiến sẽ lấy tỷ lệ a/b của các đỉnh hình elip từ ảnh hiển vi điện tử [4.21]
Như một máy dò của trường tăng cường, cường độ bề mặt tăng cường tán xạ
Raman (SERS) của các phân tử CN hấp thụ tại bề mặt bạc đã được sử dụng, nó
tăng bởi nhiều bậc độ lớn nếu trường điện cao áp hoạt động trong các phân tử hấp
thụ.
Ưu điểm của cấu trúc nhám kiểm soát này với một giá trị được biết đến của chế
độ riêng của nó trở nên rõ ràng , nếu đo cường độ SERS như một chức năng của
bước sóng ánh sáng đến: nó sẽ hiển thị một đặc tính cộng hưởng rõ rệt như đã
chứng minh trong Hình.40 của [4.22]
Trong Hình.4.10 dòng đầy đủ (đường cong bạc ) thu được bằng cách lắp các
dữ liệu đo được với A và V là thông số có thể điều chỉnh được, xem (2.69 ) ; A =
0,08 và V = 3,1 x đem lại giá trị phù hợp nhất. Với các thông số tương tự


Page 17

đường cong quan sát thấy ở vàng (đường nét đứt) được tính phù hợp một cách đáng
ngạc nhiên với các dữ liệu được quan sát. Điều này chứng minh các giả định. Tính
toán sự tăng cường trung bình là khoảng 5 x trong khi giá trị quan sát được lớn
hơn 100 lần, đây là một vấn đề vẫn đang được thảo luận .
Đây là một số câu hỏi được đặt ra: ví dụ, những gì sẽ xảy ra nếu các đỉnh khá
là gần nhau để chúng không bị cô lập nhưng được ghép lại mỗi cặp khác nhau. Một
khớp nối khác là có thể nếu một loạt đỉnh được bao phủ bởi một lớp màng liên tục.
Ở đây, một sự chuyển tiếp liên tục vào SP mở rộng được dự kiến.


Hình.4.10 . Phụ thuộc Resonance-like của tín hiệu Raman như một chức năng của
năng lượng photon đo tại các đỉnh được bao phủ với hai kim loại khác nhau . Gold
, Silver ◦◦◦1

4.6 Hiệu quả của việc ghép nối plasmon - Photon
Đối với một số mục đích nhất định, nó quan tâm đến biết ít nhất xấp xỉ số
lượng photon phát ra mỗi giây từ sự phân rã của SP vào toàn bộ không gian không
khí (2π) chia cho công suất ánh sáng hấp thụ hoặc "hiệu suất" của quá trình này.
Trong trường hợp phù hợp ( R = 0) thì công suất ánh sáng đến được hấp thu hoàn


Page 18

toàn, nếu điều kiện này không được đủ, là công suất hấp thụ. Với bề mặt
mềm hiệu suất này bằng 0. Một bề mặt bạc với δ của một vài angstrom có hiệu suất
≈ 1% có thể được lấy từ giá trị của (1/ ) dI/dΩ như một chức năng của θ, các góc
độ của sự phát xạ chống lại bề mặt bình thường. Điều này cũng phù hợp với sự
quan sát bằng cách sử dụng máy phát dò photoacoustic [2.14] cũng cho thấy hiệu
suất của một tấm film bạc tương tự có giá trị là 2%, đây là giới hạn thấp nhất phát
hiện được. Các tấm film tương tự [4.23] phát xạ toàn bộ ánh sáng,
, và công suất hấp thụ, , được đo và đưa ra một hiệu suất ≈ 5%
tại các tấm film bạc 500 Å. Những dữ liệu này phù hợp xem xét các khoảng điều
kiện khác nhau chuẩn bị.
Nếu độ nhám được tăng bởi các màng Ca cơ bản, hiệu suất tăng như đã dự kiến
. Giá trị lên đến 9 % được công bố cho d (Ca ) > 1000 Å [4.23]. Ta có thể đạt
được giá trị tương tự bằng cách tích hợp hơn dΩ cho d (Ca ) = 1000 Å như sau
khi quan sát thực tế. Con số lớn hơn đã được tìm thấy bằng cách sử dụng phương
pháp photoacoustic [4.24] tại d (Ca ) = 0 Å: Hiệu suất được đo ≈ 15% đã tăng lên
đến ≈ 35% tại d (Ca ) = 800 Å. Lý do cho sự khác biệt giữa các hiệu suất của các
bề mặt nhám hơn từ những phương pháp đo bằng một cảm biến ánh sáng là không
rõ.
4.7 Sự phát xạ ánh sáng từ ống điện tử không đàn hồi trong liên kết
MOM và MIS

Một thí nghiệm khác cho thấy các khớp nối SP - photon trong một ống nối
[4.25]. Một điện áp được áp dụng cho một hệ thống oxit / ôxit kim loại / kim
loại , ví dụ như , Al / Al- oxit (dày khoảng 30 Å) / Ag ( bạc bốc hơi vào Al-oxit ),
để một ống dòng điện qua hàng rào oxit. Nếu bề mặt của tấm film bạc, độ dày
khoảng 100 Å, được làm nhám bởi khắc nhẹ hoặc bằng lớp lót Ca , các SP được
sản xuất bởi ống điện tử, ghép lại thông qua sự làm nhám với ánh sáng.
Quang phổ của bức xạ này cho thấy một băng rộng ; giới hạn trên của nó được
đưa ra bởi các mối quan hệ lượng tử ħ Phát xạ ánh sáng giữa 2000 Å
(6eV) và 10000 Å (1.2eV) có thể dễ dàng quan sát. Hiệu ứng này là độc lập nếu sự
phân cực của điện áp gắn vào. Hiệu quả của nguồn ánh sáng này là lúc tốt nhất,
, mức đó là khá thấp.


Page 19

Đối với các ứng dụng , ví dụ , như một nguồn ánh sáng có thể được điều chế,
cần một hiệu quả cao hơn. Một khả năng để cải thiện các khớp nối electron -
photon bởi một vi cấu trúc đặc biệt của counter - electron.

Hình 4.11. Phổ phát xạ (dòng photon) của khớp nối: Ag + Mg + Au/Al-oxit/Al
tại điện áp = 3.22 eV với không có cấu trúc Mg (uncoated) và có, xem
thêm từ [4.25]
Một phiên bản thú vị được hiển thị trong hình.4.11: ở đó bề mặt nhám được
thay thế bằng một ( unroughened ) gold counter - electron ( dày 80 Å). Hệ thống
này và phổ phát xạ của nó là gọi là khớp nối "uncoated ", nó mở rộng lên đến
3.22eV được đưa ra bởi điện áp gắn vào. Điện cực vàng sau đó được bao phủ bởi
một tấm film Mg 50 Å và ở trên một tấm film bạc dày khoảng 100 Å đã được
đặt. Xử lý nhiệt biến đổi màng bạc vào các hạt bạc có đường kính khoảng 100 Å,
để cấu hình trong hình.4.11 được sản xuất. Quang phổ phát xạ thay đổi mạnh thành
một trong những đỉnh. Hình dạng cộng hưởng như chỉ ra sự kích thích các chế độ

"localized", cũng cho thầy ở [4.26]. Tấm film Mg phục vụ spacer, độ dày của nó


Page 20

có một sự ảnh hưởng mạnh mẽ vào cường độ phát xạ, thể hiện sự phân rã của
trường khớp nối. Đối với lý thuyết cần lưu ý xem trong [4.27].

Thí nghiệm với kim loại / chất cách điện / bán dẫn hoặc khớp nối MIS đã được
thực hiện. Khi một chất bán dẫn pha tạp Sn indium oxit đã được sử dụng, tuy
nhiên, hiệu suất đã không được cải thiện [4,25].
Thiết bị này đã được sửa đổi cho đến nay khi độ nhám được thay thế bằng lưới
ghép với trường ống điện tử như được thảo luận chi tiết hơn ở Chương 6. Ống khớp
nối, ở đây là Al / Al- oxit / Ag, được đặt ra trên lưới bạc như trong Fig.4.12
4.28,29]. Trong trường hợp này ánh sáng phát xạ từ khớp nối tập trung ở một vài
nhiễu xạ cực đại như được hiển thị trong hình.4.13. Điều tương tự này đã chứng
minh trong Fig.6.3 nơi SPs được kích thích bởi một nguồn ánh sáng bên ngoài và
không phải các electron chậm như trong Hình.4.13 hoặc bằng các electron nhanh
như trong hình 6.14. Khớp nối này đã được trình bày chi tiết hơn trong [4.3] Mặc
dù hiệu suất lượng tử vẫn còn khá thấp, khoảng với một điện áp chênh lệch
2.3eV, có khả năng tăng điện áp chênh lệch bởi một hiệu suất lượng tử khoảng 1eV
so sánh với những khớp nối với điện cực nhám. Đây là một vấn đề kỹ thuật để giả
sử khớp nối như vậy.

Hình 4.12 ống khớp nối Al/Al-oxit/Ag được đặt trên 1 tấm lưới hình sin của
photoresist, ghép với trường SP không bức xạ vào trong ánh sáng


Page 21

Hình 4.13. ánh sáng ngoài cùng được phát ra vào hướng nhiễu xạ θ khác nhau,
bước sóng và góc take-off θ có liên quan bởi (2π/ v2π/a + , đỉnh lớn
di chuyển đến năng lượng cao hơn với sự gia tăng θ thuộc về v = 1 trong khi các
hoạt động đối diện của đỉnh nhỏ được mô tả bằng v = 2, a = 8200Å, biên độ lưới h
= 50 Å. Từ [4.28]
Các câu hỏi được thảo luận khi các khớp nối của các electron và SPs xảy ra. Ý
tưởng ban đầu là các ống electron không đàn hồi bị va chạm trong hàng rào và do
đó sinh ra các SP trong các điện cực kim loại, ví dụ như, trong tấm màng bạc .
Khái niệm khác đề xuất rằng các ống electron xâm nhập vào kim loại (bạc) khi
các electron nóng, nơi chúng thư giãn và kích thích SPs bên cạnh phonon vv Đề
xuất này sẽ được thảo luận chi tiết hơn trong [ 4.30 ] . Đối với lý thuyết cần lưu ý
xem [ 4.31 ]





Page 22