Bài tập lớn công nghệ nano

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỂN THÔNG





BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN
Công Nghệ Nano

Giảng viên hướng dẫn: Huỳnh Nguyễn Bảo Phương
Sinh viên thực hiện:
1. Nguyễn Văn Hùng 20101651
2. Nguyễn Ngọc Quỳnh 20102061
3. Vũ Huy Hùng 20101663
4. Vũ Quý Hiệp 20101544
5. Nguyễn Thanh Tiền 20102303
6. Trần Văn Tiến 20102316

Công nghệ Nano

Page 2


Mục lục

5.1. Phân bố góc tán xạ ánh sáng trên bề mặt nhám 3
a. Xem xét lý thuyết 3
b. Kết quả thực nghiệm 5
c. Nhận xét về quá trình nhân đôi 14

5.2. Tán xạ X-Rays (X-Quang) 15
5.3. Đo hệ số phản xạ theo hàm bước sóng 18
Xem xét lý thuyết 22
Kết quả thực nghiệm 23
Ứng dụng của đo lường Rmax đến việc xác định độ nhám 24
Tán xạ tích hợp tổng (TIS) 26


Công nghệ Nano

Page 3

5.1. Phân bố góc tán xạ ánh sáng trên bề mặt nhám
a. Xem xét lý thuyết
Hiện tượng này được tính toán lần đầu tiên cho sự tán xạ của sóng vô tuyến
thông qua sóng biển (hình 5.1). Kết quả thu được là tương đương khi thử
nghiệm với các bước sóng khác nhau nhau δλ và δζ. Cường độ tương đối
các tia sáng tán xạ theo góc khối dΩ. Trong mặt phẳng có ϕ = 0, kết quả thu
được như sau:



=
1

0





=
1
4
(


)
4
|

|
2
cos 
0
|




|
2

(5.1)

Tuy nhiên, trên thực tế ta không thể giảm mạnh cường độ mà không có yếu tố
|
012

|
2

, vì hàm tính góc |

|
2
(5.2,3) và |W(θ)|
2
(3.1) phụ thuộc vào cấu hình
thử nghiệm.
Hơn nữa, ta thấy |




|
2
có thể sai khác trừ 

được giữ như nhau trong
cả 2 cấu hình. Các chỉ số i, k chỉ ra sự phân cực của p và s.
Tại ϕ=0
o
với ε(ω) và mặt phẳng nhám giả định ta có:
W
pp
=
4


1
1



0

(
1

0
+


1

2

0
)(
1
+


1

2
 )

(
1

0




1

2

0


1

2
 )
(5.2)


W
ss
=
4


1
1


0

(

0
+


1

2

0
)(+


1

2
 )


(5.3)

Tổng quát: với mọi góc ϕ thì góc giữa mặt phẳng góc tới và mặt phẳng quan
sát là :
|W
pp
|
2
cos
2
ϕ + |W
ss

|
2
sin
2
ϕ
(5.1a)
Công nghệ Nano

Page 4





Hình 5.2 là đồ thị của W
ii
, phân cực p mạnh hơn phân cực s (W
pp
=0 với điều
kiện Brewster), W
sp
và W
ps
bằng 0 xấp xỉ tuyến tính (ϕ=0
o
). Với |W(θ)|
2
sẽ đối
Tại θ
0

= 0 thì |W(θ)|
2
sẽ đối xứng và bất đối xứng khi θ
0
> 0.


Hình 5.2: Hàm phân cực |W
ii
(θ)|
2
với θ = 0, λ = 6328Å

Mẫu số của W
pp
đồng nhất với mối quan hệ phân tán cho SPs(2.2) nó không
thể được thực hiện kể từ khi sự quan sát diễn ra bên trong nón ánh sáng
k
x
= (ω/c)sinθ
0
< (ω/c)
Giá trị của W
ss
có thể xấp xỉ khi Im{ε(ω)}Re{ε(ω)} và bằng:
W
ss
= 4cosθ
0
cosθ (5.4)

W
ss
trong hình 5.2 không phục thuộc vào λ trong khi W
pp
phụ thuộc rất ít.
Công nghệ Nano

Page 5

b. Kết quả thực nghiệm
Kết quả thu được cho sự phân bố góc tán xạ với góc tới thông thường thể
hiện trong hình 5.3.
Cường độ đơn điệu giảm, từ đó đường cường độ pp ở bên trên so với đường
ss.
Sự khác nhau là do khác biệt trong hàm tính góc, từ |W
pp
|
2
> |W
ss
|
2
nên việc
giảm các góc phản xạ là do tác dụng của bề mặt nhám.
So sánh I
pp
/I
ss
=|W
pp

|
2
/|W
ss
|
2
với thương số như hàm của θ cho thấy tính thống
nhất của các giả định (hình 5.2).
Hàm nhám |s|
2
có thể được suy luận như mô tả trong chương 3. Nó được biểu
diễn trên hình 5.4 với hai giá trị góc θ
0
, và chứng minh được rằng phần tuyến
tính đạt cực đại khi θ=60
0
. Khi đó thì δ=14Å và ζ=1550Å.
Công nghệ Nano

Page 6


Hình 5.3: Phân bố góc tán xạ tự do (λ = 5145Å) tại mặt phẳng bạc với độ
dày là 4000Å, δ 10 15Åvới tia tới thông thường. p và s phân cực khác
nhau. Độ khử cực (sp và ps) nhỏ hơn 10 lần. Góc khối đầu dò ở khoảng 8.10
-5

sr

Công nghệ Nano

Page 7


Hình 5.4:Hàm Roughness với màn chắn bạc

So sánh với hình 3.8, ta thấy trong thiết bị ATR có thể được quan sát thấy
được các giá trị ∆k
x
lớn hơn, do đó phần tuyến tính còn cho phép xác đinh chính
xác hơn về các thông số Roughness.
Phần phi tuyến của hàm Roughness tại các giá trị ∆k
x
nhỏ được hiểu là do
một gợn sóng bề mặt như trong các thí nghiệm với SPs. Một số dữ liệu về δ, ζ
thu được trên phim có độ dày khác nhau của màn Ag được thể hiện trong bảng
5.1. Bảng 5.1 cho ta thấy có thể giá trị Roughness bằng việc tăng độ dày của
màn chắn.

Bảng 5.1: Thông số Roughness với màn chắn bạc có độ dày khác nhau.

Công nghệ Nano

Page 8

Sự sắp xếp thực nghiệm như hình 3.7,1 cho phép so sánh |s(∆k
x
)| của bề mặt

màn chắn với cả hai phương pháp có và không có SPs bằng cách xoay nửa góc
trụ đi 180
0
.
Phương pháp này được thực hiện với mằn chắn có độ dày là 500-700Å với ζ
xấp xỉ 5Å như hình 5.5. Ngoài ra nó chứng tỏ sự độc lập của δ trong λ.

Hình 5.5: Hàm Roughness với màn chắn bạc độ dày 500
0
A
với các góc
0


khác nhau

Hình 5.6: phân phối góc của cường độ ánh sáng rải rác tại các bề mặt bạc
thô đo dưới (a) và ở trên (b)
Công nghệ Nano

Page 9

Đo sự phân bố góc của cường độ ánh sáng trên màn chắn bạc và vàng ở điều
kiện bình thường đã được xuất bản đầu tiên của Beaglechole và Hunderi như
hình 5.6.
Họ quan sát sự phân bố góc tán xạ ở hình 5.6a, cho thấy δ vẫn chưa được
đánh giá.
Các tác giả cho rằng những đường cong đầy đủ có thể thu được dựa trên một
quá trình kép: với sự gia tăng độ nhám, kích thích sự tán xạ pp SPs nằm rải rác
vào nón ánh sáng và tạo ra sự dư thừa của bức xạ của ánh sáng pp.

Điều này được bổ sung bằng cách sử dụng năng lượng photon trên năng
lượng plasma bề mặt ( 3,7 eV ) để kích thích SPs không thể diễn ra, hình 5.6b .
Ảnh hưởng thứ hai mạnh hơn ở hình 5.3 do một giá trị lớn hơn δ mẫu. Các
giá trị độ nhám lớn hơn được hiển thị bằng cách so sánh công thức:
P
sc
=(1/I
0
)dI/dΩ trên các đồ thị.
Ví dụ tại θ=40
0
người ta quan sát ở hình 5.3 là P
sc
p
=1.4x10
-4
trong khi đó ở
hình 5.6 thì P
sc
pp
=60x10
-4
.
Giả sử P~S
2
vẫn còn phù hợp và giá trị của δ khoảng 60-70 Å thì kết quả
cho màn chắn được đề cập trong Hình .5.6a đó có vẻ hợp lý . Beaglehole và
Hunderi đã thực hiện một tính toán thứ hai để tán xạ cường độ này mà phù hợp
với các hành vi quan sát.
Công nghệ Nano

Page 10


Hình 5.7: Phân bố góc của sự phân tán ánh sáng tán xạ (λ= 5145A) tại bề
mặt bạc có độ dày 4000A và δ = 10- 15A với góc tới thông thường. p và s biểu
diễn các phân cực khác nhau. Mức độ khử phân cực nhỏ hơn khoảng 10 lần.

Từ hình 1 ta có cường độ của tán xạ sp và ps yếu hơn cường độ pp. Đó là đặc
trưng của cường độ sp với giá trị θ cực đại là 50. Trong hình 2 cường độ ps
giảm tuyến tính như tán xạ ss. Sự tăng lên của tán xạ sp do quá trình nhân đôi.
Sự chuyển đối ánh sáng tới thành ánh sáng p và kích thích SPs thành bức xạ.

Công nghệ Nano

Page 11


Hình 5.8: Phân bố góc của cường độ chéo (sp và ps). Đồ thị bên trái biểu
diễn sự tăng lên biến mất nếu ánh sáng tới có tần số ω > ω
s.

Điều này đã được chứng minh bởi một số thí nghiệm tương đương như hình
5.6b; phép đo với tần số của ánh sáng ω > ω
s
chứng tỏ sự lồi lên biến mất dưới
những điều kiện đó.

Công nghệ Nano

Page 12


Hình 5.9: Phân bố góc của cường độ ánh sáng tán xạ trên bề mặt bạc thô đo
được lớn hơn hωsp . Đường gạch biểu diễn hình dạng của đường cong xấp xỉ
tuyến tính.
Thông tin về đặc điểm quá trình nhân đôi nổi bật hơn trên tấm phim Ag đọng
lại tại điểm có đường kính 890Å, xem hình 5.8.
Thí nghiệm tương tự với ánh sáng tán xạ khuếch tán từ phim bạc, độ dày
5000Å, được làm nhám bởi lớp dưới của CaF
2
với độ dày 1000Å.
Kết quả cho thấy phép đo lường đã được mô tả, các hình dạng khác nhau của
phân bố góc của ánh sáng pp và ss và ánh sáng của sp và ps.
Công nghệ Nano

Page 13


Hình 5.10: (a) Cường độ tán xạ (1/I
o
)dI/dΩ từ phim bạc thô với hàm góc tán
xạ θ. Tỉ lệ bình thường (θ
0
= θ), λ = 4579 A. 4 thông số phù hợp cho sẵn là δ =
40 A và ζ = 790 A và gợn sóng tại 4 A và 7000A. (b) Ví dụ tương tự cho kết quả
sự phân bố góc của cường độ s-p và p-s.
Nếu cường độ tán xạ được miêu tả bởi hàm Gauss với miền Δk
x,
thì sự phụ

thuộc có thể được tính tại giá trị Δk
x
nhỏ như sau:
P =
1.
.Ω
= const. (1 – k
x
2
. ζ
2
/ 4)
với k
x
2
< 4/ ζ
2
và ∆K
x
=K
x
trong điều kiện tới thông thường.


Hằng số chứa k
x
phụ thuộc vào W
ik
, W
pp

có thể coi như 1 hằng số với 1
khoảng k
x
.
Thành phần bước sóng dài tại Δk
x
< 1x 10
-3
Å
-1
có thể được ước lượng và sản
phầm của Λ khoảng 1µm, giá trị của δ khoảng 2 A và ζ = 7500.

Công nghệ Nano

Page 14

c. Nhận xét về quá trình nhân đôi
Những thí nghiệm trước đây chứng minh sự ảnh hưởng của quá trình thứ hai.
Gần đây, mối quan hệ tuyến tính trong đó số lượng sự phụ thuộc của cường độ
tán xạ P
ss
và P
pp
trên δ
2
được tăng lên bởi sử dụng giới hạn với δ
4
. Do đó,
phương pháp nhân đôi có thể đưa vào tính toán P

pp
và P
ss
và nâng cao cho
cường độ chéo P
sp
và P
ps
.
Các phép tính được thực hiện bằng hàm Gauss với các giá trị δ khác nhau:
5,15, 25, 40, 70, 120 và 150Å.
ζ =1000 Å và λ =5145 Å.
Ví dụ:
Tại Δ=40 Å nó thể hiện đặc trưng của những đoạn lồi: đường pp rộng hơn so
với đường ss bởi 2 lí do:
 Hàm góc Wpp lớn hơn Wss. Nó là giá trị đã thực hiện tương đối
tuyến tính.
 Quy trình nhân đôi. Trái ngược với sự giảm xuống của ánh sáng ps,
ở đây có một đương lồi mạnh trên đường sp đó là giao điểm cường độ.
So sánh các đường cong của mẫu này với các giá trị δ khác nhau, các kết quả
tiếp theo có thể được phát sinh là:
 Thương số (ss/pp) lớn nhất tại θ =52
0
, giá trị Max của cường độ
sp, gần như không thay đổi= 2,5± 0.3, phụ thuộc vào δ.
 Thương số (Sp/ps) giảm rất chậm từ 6.7 tới 3.
 Thương số (ss/ps) đạt tại giá trị θ =52 độ, giảm rất nhanh khoảng
10^3 khi tăng độ nhám.
Công nghệ Nano

Page 15



5.2. Tán xạ X-Rays (X-Quang)
Trong điều kiện sự tán xạ không có SPs các thí nghiệm với X-Rays và kết
quả của nó phải được ghi chép lại, dựa trên những phương trình tương đương.
Sự quan trắc X-Rays được thực hiện tới lướt qua (grazing incidence) để thỏa
mãn điều kiện δ << λ. Với góc phản xạ θ
0
, điều kiện này sẽ chính xác hơn
cos θ
0
. δ << λ.
Hoặc độ lồi của bề mặt nhám theo hướng chùm tia sẽ phải << λ. Nếu λ ≈ 5 –
10 Å và ζ tương đương với λ hoặc nhỏ hơn, góc θ
0
sẽ được gần 90
o
. Ví dụ, λ =
8,3 Å (Al, K) và góc θ
0
= 89
o
thỏa mãn điều kiện này và do đó cho phép sự ứng
dụng của lý thuyết tán xạ tuyến tính. Thêm nữa, cường độ phản xạ sẽ cao. Sự tới
lướt có ưu điểm là θ
0
≤ 1
o

nhỏ hơn góc tới hạn của phản xạ toàn phần, điều này
đảm bảo cho hệ số phản xạ ít nhất là 20%.
Công nghệ Nano

Page 16

Tầm quan trọng của các thí nghiệm X-Rays nằm ở xác định tính khả thi của
việc xây dựng kính viễn vọng loại Wolter cho thiên văn học X-Ray. Cần những
tấm gương rất nhẵn để giảm sự mất mát do sự tán xạ nhám từ các đối tượng X-
Ray phát ra ở một cường độ rất yếu.

Cường độ tán xạ được xác định bởi các mối quan hệ (5.1):
 =
1

0


=
1
4





4

||
2

cos θ
0
||
2
(5.7)
θ và θₒ gần bằng 90°, hàm lưỡng cực |W|², xem (5.2,3) với φ=90 - θ trong
[2.4, chap.9 , p.397 , (48)]


= 

= 4φ
0
φ (5.8)
 =




4
φ
0
2
φ
0
2
||
2
(5.9)
Phương trình này đúng với chất cách điện cũng như đối với kim loại nếu nếu

φ và φₒ nhỏ hơn


1

=

2

1

, xem(5.3). Với

1

≈ 10ˉ³ tại
λ=8.3Å, điều này có nghĩa là φₒ phải nhỏ hơn 3°. Dưới điều kiện này cường độ
tán xạ tập trung xung quanh chùm phản xạ ánh chùm. Đây là một trường hợp
hạn chế điển hình, trong đó kết quả sẽ độc lập với hướng của trường điện từ,
xem (5.7). Nó thường được gọi là "trường hợp vô hướng".
Một ví dụ về phép đo được biểu diễn trong hình 5.10a . Cường độ tán xạ xuất
hiện xung quanh chùm trung tâm. Khi không phải là phát lên từ bề mặt không
trơn nhẵn, nhưng những cánh (wings) xung quanh trung tâm hiển thị rõ ràng
cường độ do sự tán xạ bởi độ nhám. Với (5.7) thu được với một hàm mũ cho
|s|². Trong trường hợp này nhận được một hàm tương quan:




= δ

2
exp


x
ζ

(5.10)
Ta có biến đổi Furier
Công nghệ Nano

Page 17


Hình 5.11. (a) Tán xạ X-Rays, λ=8.3Å, của bề mặt Kanigin xung quanh chùm
phản xạ. Góc tới 98°. Các tính chất khác nhau của độ nhám phù hợp; hàm mũ
cũng được đưa ra phù hợp. Sự phân bố cường độ trái bị ảnh hưởng sao cho φ –
φ
0
=40 arc min (cung nhỏ nhất) trên bề mặt phản chiếu.
(b) Phân bố cường độ xung quanh chùm phản chiếu phản xạ tại gương
Zerodur ở một góc 60 arcmin để λ=8.3Å. Bề mặt này thực chất là nhẵn hơn (δ
khoảng vài Å) để cho chùm phản chiếu là mạnh hơn rất nhiều. Quầng sáng là
do sự tán xạ khuếch tán của bề mặt, trong khi cường độ trong môi trường trực
Công nghệ Nano

Page 18

tiếp của chùm tia phản chiếu tại các giá trị k
x

nhỏ chỉ để điều chế bước sóng dài
tương tự như hiện tượng tán xạ ánh sáng, xem chương 3 từ [5.13]
|

ΔK
x

|
2
=
1
2п

δ
2
ζ
|1+

ζΔK
x

2
|
3
2

(5.11)
Các tham số dao động: δ=86±10Å và ϭ=11±6mμ [5.13]
Tốt hơn bề mặt nhẵn của kính Zerodur cần được phủ một lớp phim vàng với
độ dày vài trăm angstrom cho các giá trị δ=2.7±0.1 đến 4.9±0.1Å, ϭ=2.6±0.7

đến 5.0±2.5mμ. Có những dạng tán xạ có chùm phản xạ cao hơn gần 4 lần so
với cường độ quầng sáng, xem hình 5.10b[5.13]. Đáng chú ý là có những dạng
xuất hiện rất gần chùm tia chính (trong khoảng ± 5 arcmin), cường độ dôi ra rất
có thể có cùng nguyên nhân tương tự như cường độ ở giá trị ΔK
x
thấp. Thật
ngạc nhiên rằng độ rộng sóng trong những ví dụ có những giá trị tương đương
vài mμ (millimicrons). Có lẽ nó xuất phát từ việc chế tạo bề mặt.
Các giá trị của chiều cao r.m.s của bề mặt gương đã được xác nhận bằng cách
đo trên các mẫu cùng với sự can thiệp kính hiển vi điện tử có độ phân giải
không gian cao, độ phân giải ngang là thứ tự của các bước sóng ánh sáng. Ví
dụ, giá trị trung bình của độ nhám δ=2.5±0.4Å thu được với X-Rays tương tự
với giá trị 2.7±0.9Å đánh giá bằng kính hiển vi điện tử từ mẫu tương tự[5.12].
Phương pháp phản xạ của X-Rays trong sự chiếu lướt qua (grazing incidence)
cũng đã được áp dụng để nghiên cứu độ nhám của bề mặt nước, chiều cao r.m.s
của 3.2Å đã đo được, được tính trung bình trên một bề mặt 3000Å x 3000Å
[5.14].
5.3. Đo hệ số phản xạ theo hàm bước sóng
Trước đó trong thí nghiệm trên bề mặt Al ở tỷ lệ như bình thường, θ
0
vài độ
cho thấy một sự sụt giảm trong cường độ ánh sáng với các hàm f(λ) với λ gần
khu vực λ=1300Å, xem [5.15,16]. Hiện tượng này cũng xuất hiện trên Ag và
Công nghệ Nano

Page 19

Mg. Đó là do sự kích thích SPPs qua bề mặt nhám do ánh sáng tới và làm giảm
ánh sáng phản xạ trong khu vực năng lượng ħω ≤ ħω
sp

. Giải thích này đã được
chứng minh bởi lớp MgF
2
, CaF
2
trên bề mặt trước khi làm bay hơi các phim
kim loại trên nó: tăng thâm hụt với độ dày ngày càng tăng của các lớp tinh thể
hoặc với sự thô ráp của tấm film Al, được thể hiện trên hình 5.11và được chứng
minh ở [5.17]

Hình 5.12: biểu đồ so sánh đo lường và tính toán hệ số phản xạ của bề mặt
nhám của tấm film Al, với góc tới 10º. Với các tham số (δ,ζ) đơn vị Å:
(12.1;918), (14.7;744), (37.7;378), với các đường tương ứng từ trền xuống.
Nhúng này R gây ra một đỉnh cao trong sự hấp thụ A từ trong l = R+A+T,
làm cho T=0 để giảm R có nghĩa là một sự tăng A. Nó được nhìn thấy trong sự
phụ thuộc của ε", phần ảo của ε(ω) vào bước sóng λ trong một lớp film Ag,
được thể hiện trên hình 5.12. Tấm film 1-4 đã được chuẩn bị với tốc độ bay hơi
≈100Å/s trên chất nền thủy tinh không được điều trị trong bốn chuẩn bị khác
Công nghệ Nano

Page 20

nhau trong điều kiện bình đẳng. Sự thô ráp đã được tăng cường bởi film MgF
2
,
dày 2000Å. Sự biến động này là do sự biến thiên của các thông số chuẩn bị
[5.18]

Hình 5.13: Phần ảo của ε (ω) là một hàm của bước sóng của một tấm phim
bạc bốc hơi trong chất nền thủy tinh phủ. Hấp thu thêm này là do bề mặt gồ ghề

(kích thích của SP). Từ [5,18]
Hấp thụ thêm trong khu vực ≈ 3500 Å trên một bề mặt thô của một tấm phim
bạc dày so với bề mặt làm phẳng bằng cách ủ đã được báo cáo trong [5,19].
Một bằng chứng về lời giải thích này được đưa ra bởi sự dịch chuyển của các
dip với các bước song dài hơn nếu tấm phim bạc được phủ một lớp màng mỏng
của CaF
2
, MgF
2
, LiF, hoặc carbon. Một ví dụ được hiển thị trong hình 5.13;
carbon dẫn đến giảm bớt gần như hoàn toàn của SP [5,20]. Đo đạc chi tiết hơn
về thâm hụt này đã được thực hiện trên cáckim loại khác nhau như Ag (Stanford
Công nghệ Nano

Page 21

trong [5,21]), Al (Endriz và Spicer [5,17], Daude et Al. [5,21]), và Mg (Gsell et
al. [5,22] ), và so sánh với kết quả tính toán để có được các thông số độ nhám.

Hình 5.14: Thâm hụt phản ánh R/Ro, tỷ lệ phản xạ của một bề mặt thô và một
bề mặt gần như trơn tru của một tấm phim bạc, bốc hơi trên một chất nền thủy
tinh, không có lớp phủ (º º º), với một lớp độ dày 1 μ ( ) và một lớp carbon dày
50 (• • •). Phản ánh rẽ tối thiểu và được hãm bởi lớp phủ làm thay đổi sự
phân tán SP. Từ [5,20].

Công nghệ Nano

Page 22

Xem xét lý thuyết

Elson và Ritchic [5.23], người đầu tiên sử dụng lý thuyết nhiễu loạn trật tự,
đã tính toán thâm hụt cường độ do sự kích thích SP. Họ thu được xác suất mà
một photon sản xuất một SP trên một bề mặt thô ở điều kiện bình thường:

|s(k
x
)|
2
= |s(k
x
)|
2
do tỷ lệ bình thường k
0
x
=0. Bao gồm giảm bớt biểu thức
(PSP)
được kết hợp với một chức năng Lorentz giảm bớt, để

γ' bao gồm tất cả các hiệu ứng giảm bớt các SPs. Trong trường hợp của một
electron tựdo với ε" = (1/ωT)/(ω
p
/ω)
2
, γ’ trở thành γ=1/T với thời gian giãn nở
của electron tự do. Giá trị của γ’ sẽ tăng trên bề mặt thô bởi quá trình khác như
bức xạ giảm bớt. Chức năng Ṗ
sp
không có cực tại |ε’
1

| →1 hoặc k
x
→∞.
Cho P
sp
<< 1 (đầu tiên – đề xấp xỉ) một obtains xem ví dụ [5.22]
R
sp
/R
0
= P
sp

Giá trị này của Psp nhận được do mất khả năng sản xuất bởi ánh sáng phân
tán diffusely vào không gian không khí bên trong nón ánh sáng và được cho bởi
(5.1). Đóng góp của nó là về một yếu tố nhỏ hơn P
sp
5 -10 trong phần sâu nhất
của mức tối thiểu sự phản ánh phụ thuộc vào tỷ lệ ζ/λ
p
, nơi p là bước sóng
plasma, xem Hình 4 trong [5,23].
Các đường cong quan sát được phù hợp với phương trình:
Công nghệ Nano

Page 23

R
tot
/R

0
= P
sp
+ P
sc

và cho δ,ζ và γ
Kết quả thực nghiệm
Các hệ số phản xạ quan sát được của Ag, Al, Mg và các tấm phim được tạo
ra bởi sự bay hơi, đã được đánh giá. Các kết quả của Al, đo trong UH chân
không, được hiển thị trong Fig.5.11. Sự thô ráp đã được tăng phủ, các chất nền
(tấm thạch anh) với CaF
2
phim có độ dày khác nhau. Việc so sánh đo đạc và
tính toán các đường cong cho thấy rằng hình dạng của mức tối thiểu và biến đổi
của nó cùng sự gia tăng độ nhám có thể được sao chép bằng cách sử dụng mô
hình Gauss cho |s(k
x
)|
2
với các dữ liệu được đưa ra trong hình 5.11. Giá trị của
γ’ ra đến với khoảng thời gian củaT=1,5.10
-15
s là rất gần với T=1,4.10
-15
s biện
pháp chiều rộng của khối lượng plasmonħω
sp
=15eV với một nửa chiều
rộngE

1/2
= 500 meV [2.3b] và T =1,3.10
-15
từ các phép đo phản xạ [5.24]
Thâm hụt phản xạ ở mức năng lượng photon cao hơn ħω
sp
là do tán xạ ánh
sáng vào nón ánh sáng k
x
≤ω/c được chỉ định trong hình 5.11 bởi đường cong
tiêu tan và cho thấy sự gia tăng mạnh mẽ với năng lượng photon lớn hơn (~ω
4
).
Nó rất có thể xảy ra do giá trị tương đối nhỏ δ của hai đường cong trên, hiệu
lực của xấp xỉ tuyến tính có thể được giả định và những thay đổi về mối quan
hệ phân tán θ
0
và θ
0
1/2
do đó vẫn còn nhỏ. Hơn nữa sự giống nhau của γ và
γ’ là một lý do tốt để tin rằng δ và ζ đại diện cho dữ liệu thực tế của bề mặt.
Giá trị của δ = 37,7 Å của đường cong nằm thấp nhất có thể ở giới hạn xấp xỉ
tuyến tính.
Thí nghiệm tương tự trên phim Al và việc xác định các thông số độ nhám của
họ đã được công bố với kết quả so sánh [5.21]. Các tác giả nhận thấy, 1 ví dụ,
một δ của 8Å và giá trị của δ = 320 Å trên một tấm phim Al , dày 900 Å .
Công nghệ Nano

Page 24

Hơn nữa, các phép đo đã được công bố trên phim magiê có độ dày d khác
nhau bốc hơi trên phiến kính hiển vi thủy tinh, đã được đánh giá như vừa mô tả
cho Al. Các kết quả cho ba tấm phim là:
d: 450Å
δ: 27 Å
ζ: 180 Å
450 Å
29 Å
160 Å
1000 Å
45 Å
375 Å

Giá trị của γ’ ra như ħγ’=1.9-2.4eV trong khi các kim loại có giá trị. Sự gia
tăng này của γ’ so với γ chỉ ra rằng độ nhám có một ảnh hưởng mạnh mẽ trên
các dữ liệu, vì chúng nằm ở giới hạn của xấp xỉ tuyến tính.
Ứng dụng của đo lường Rmax đến việc xác định độ nhám
Việc thâm hụt trong phản xạ cung cấp một phương án pháp thực tế để đạt
được độ nhám khá nhanh chóng. Theo báo cáo của Cunningham và
Braundmeier [5.25] thì độ thâm hụt tối đa Rmax của Ag vào khoảng λ=3500Å
cũng như một chức năng của hiệu suất phụ thuộc tuyến tính. Giá trị của δ có
được bằng các phương thức giao thoa (FECO: observation of the Fringes of
Equal Chromatic Order) [5.26], mà cho phép đo lường các giá trị của δ trong
khoảng từ 10Å lên đến 10
3
Å độ phân giải ngang của nó là thứ tự của bước sóng
ánh sáng. Việc sử dụng hiệu chỉnh độ nhám của bề mặt bạc có thể được bắt
nguồn từ Rmax mà không cần tham khảo đến các công thức lý thuyết sẵn có.
Có một điều không chắc chắn liên quan đến việc hiệu chỉnh là: sự liên hệ của

Rmax cũng như một tính năng của δ được công nhận trong hình [5.17] chỉ
trong vùng giới hạn vào khoảng 15-20Å (Rmax≈ 15-20%); lý do của việc
này chưa rõ.Với sự khác biệt này trong việc hiệu chỉnh đã giải quyết được nên
phương pháp này có thể sẽ được áp dụng phổ biến hơn.
Và một ưu tiên xa hơn của phương pháp này là rằng một lớp tráng bạc dày
khoảng 500-1000Å sẽ được phủ lên bề mặt của các vật liệu khác, tái tạo cấu
Công nghệ Nano

Page 25

trúc của chúng và do đó cho phép đo lường độ nhám của chúng. Bằng cách đo
lường với phương pháp Rmax được tiến hành để nghiên cứu độ nhám của chất
không hấp thụ và chất phát quang có hấp thụ, các màng mỏng tinh thể Si [5.27].
Bề mặt Plasmon giữa các bề mặt Kim Loại - Chất Điện Phân:
Các thí nghiệm với SPs đã báo cáo trong đó bề mặt của kim loại được bao
phủ bởi một lớp dung dịch nước thay vì lớp màng mỏng chất rắn như đã mô tả
trongchương 2. Một điện cực thứ 2 cho phép ứng dụng của điện áp phân cực
vào hệ thống.
Về tính chất vật lý thì bề mặt dung dịch kim loại đó là liên quan đến nghiên
cứu hành vi của SPs theo các điều kiện. Ánh sáng phản xạ ở các bước sóng khác
nhau được dùng. Sự kích ứng bề mặt Plasmon có thể do nếp gợn bề mặt và sẽ
được quan sát bởi thâm hụt cường độ của ánh sáng phản xạ, xem Sect 5.3.
Nhằm cải thiện độ nhạy của tín hiệu theo phương pháp điện phân phản xạ được
phân biệt, vì vậy nên các thay đổi nhỏ của phản xạ R/R có thể được phát hiện.
Thay vì làm nhám bề mặt bạc bởi một chu kỳ điện thế cực dương (bạc hòa
tan và tích tụ lại ở bề mặt), một mặt tinh thể bạc có bậc được dùng, nghiêng 3
độ so với mặt phẳng với các bước dọc theo hướng; điều này giúp cho độ nhám
được xác định tốt hơn so với một thống kê của nó [5.28]. Hình 5.14 chỉ ra sự
khác biệt lớnR/R giữa các phép đo vuông góc với các bậc (đường liền nét),và
song song với các bậc (đường nét đứt). Trong trường hợp sau một độ nhám

thống kê nhỏ có hiệu quả, trong khi các nếp gấp rõ nét các bậc chịu trách nhiệm
về SPs khoảng = 3.5eV thay vì 3.63ev ở bề mặt bạc thông suốt. Một đánh giá về
mức thâm hụt phản xạ tương tự như mô tả trong thí nghiệm tán xạ trong không
khí, xem Sect.5.1, không được báo cáo.
Đối với thí nghiệm trên các bề mặt dung dịch kim loại và xem thông tin chi
tiết ở [5.29].