Bài tập lớn môn Công nghệ nano - Chương 3: Hiện tượng suface plasmons trên bề mặt gồ ghề

Phụ lục Chương 3 : Hiện tượng suface plasmons trên bề mặt gồ ghề Nội dung chính: + nghiên cứu ảnh hưởng của bề mặt nhám nhỏ (δ = 5:10 A) tới hiện tượng suface plasmons với kích thích ánh sang một cách đều đặn.Kết quả đáng chú ý là sự cộng hưởng ánh sang tại bề mặt phân cách suface plasmons.Sự phân bố góc của tia sáng phát ra cho phép xác định thông số về độ nhám bằng việc sử dụng gần đúng lý thuyết tán xạ ánh sáng. 3.1 Quan sát ánh sáng cộng hưởng với thiết bị ATR. Thí nghiệm:Quan sát bề mặt tấm bạc mỏng được đặt trên một lăng kính thủy tinh hình bán nguyệt(hình 3.1).Với kích thích ánh sáng có cường độ đủ mạnh ta thấy mối quan hệ giữa các tia phản xạ và luồng ánh sáng cường độ yếu (dưới góc trái của hình vẽ) + Từ đó có thể chứng minh rằng: Sự kích thích của ATR lên bề mặt tiếp xúc của tấm bạc mỏng và thủy tinh đã tạo ra một sps tối thiểu. SPs lan truyền trên bề mặt nhám và bức xạ vào không gian tự do. Cường độ ánh sáng đủ mạnh đã tạo nên trường cộng hưởng(trường điện từ ) tại ranh giới kim loại và không khí . Trong hình 3.2 biểu diễn bức xạ tang cường,thể hiện cường độ bức xạ tối đa tại các bước sóng ánh sáng khác nhau và mối quan hệ phân tán giữa chúng.Hàm phân bố tuân theo phương trình : n.sinθo =ɛo.sinθo =ɛ1'/(1+ɛ1') cho bởi giao điểm của các đường với đường thẳng trong đồ thị (w,k) với độ dốc là (c/n)*sinθo,(như hình vẽ 2.7) .Thay đổi n*sinθo bằng việc lựa chọn tần số w và giữ nguyên giá trị của θo,ta sẽ quan sát được giá trị cực đại của hình 3.2a.Trong hình 3.2b,ghi lai kết quả thực nghiệm tại tần số w= const và thay đổi thành phần θo. + Những thí nghiệm này chứng minh rằng hiệu quả rõ rệt của bề mặt nhám đến SPs trong sự phát xạ ánh sáng .Các nonradiative SPs trở thành các bức xạ ,sự tăng cường bức xạ này được đo bởi yếu tố |t012p|2 trong biểu thức [3.1]. Hình 3.1:Nếu sự kích thích của SP đạt tối đa tại góc cộng hưởng θo,lúc này cường sộ ánh sáng đi qua tối thiểu (đỉnh phải). Hình 3.2 (a) Năng lượng phản xạ của ánh sáng trên bề mặt nhám δ =5A do hiện tượng SPs tại mặt phân cách (quan sát hình 3.1 bên trái ,phía dưới) .Kích thích cộng hưởng của SPs produre an enhancement | |t012p|2 của trường tại bề mặt tấm film là lớn hơn trong trường hợp tăng bước sóng kích thích.Cường độ bức xạ tại dồ thị hình (a) là một hàm của bước sóng ánh sáng kích thích được chiếu đến ,tỷ lệ với λ khi góc tới cố định . Độ cực đại của các bước sóng kích thích khác nhau thể hiện bằng việc tang cườngc ủa trường bức xạ,phản ánh ảnh hưởng của hiện tượng SPs bề mặt .Điều thứ 2 có thể đễ dàng nhận thấy rằng:tại λ =3200Å,đôi với kim loại bạc,giá trị của transparency cực đại ,điều xuất hiện khi ánh sáng có phân cực S đến từ ánh sáng tán xạ trên bề mặt tiếp xúc của bac/thạch anh. Từ hình [28] (b) ánh sáng phản xạ là một hàm của góc tới,đối với vàng và bạc ,tại một tham số λ xác định ,hiện tượng cộng hưởng đã cho phép nâng cao hiệu suất phát xạ.Tính chất khác nhau của cả hai kim loại đều được sử dụng ,2 đường cong đều thể hiện một lorenzitron profile(từ hình 2.9). 3.2 Đo lường độ nhám (độ gợn bề mặt kim loại) 3.2.1 Cơ sở lý thuyết . Cường độ bức xạ của ánh sáng trong hình 3.2 có thể dung để xác định thông số độ gợn bề mặt của kim loại bạc.Mối quan hệ ràng buộc giữa chúng đã được Krestchman tìm ra vào năm 1974 (3.1) và sau này được kiểm nghiệm trên các thí nghiệm thực tế.Mối quan hệ giữa cường độ bức xạ dI vào góc khôi dῼ,với Io là cường độ ánh sáng có phân cực p,được đưa ra theo lý thuyết xấp xỉ tuyến tính (với δ<<λ) (pha thay đổi theo phương z và δ<<σ cho bởi công thức: P=1Io.dIdῼ = 14(wc)4ɛo |wθ|2cosθo|t012p||SΔKx|2 Trong đó; θ là góc tới của ánh sáng kích thích. |t012p|2 : là hệ số thứ 2 trong hàm frenel trên bề mặt của hệ thống thạch anh /kim loại/không khí (2.25). |SΔKx|2 là biến đổi Fourier của hàm tương quan độ nhám bề mặt (2.47) và |Wθ|2 là hàm bức xạ của lưỡng cực.(dipol). Cả hai hàm trên đều dược xác định thông qua sự phân bố góc của ánh sáng bức xạ.Hàm lưỡng cực W đặc trưng cho bức xạ đặc trưng vói cường độ phát cố định.Trong khi |S(Δkz)| mô tả sự tương quan của nó với trường xung quanh lưỡng cực và bề mặt tiếp xúc(2.9).Thuật ngữ ΔKx được giải thích trong (2.50).Cường độ bức xạ tỷ lệ với ɛo là hằng số điện môi của thạch anh ,ở đây thành phần chủ yếu là SiO2. Thuật ngữ “tuyến tính” bắt nguồn từ việc mô tả trường tồn tại trên bề mặt nhám ,ở đây thành phần từ trường Hy được biểu diễn: Hy = Để tính toán cường độ của ánh sáng bức xạ,cần phải có giá trị của Hy .Do s=0,s(x) =δ(2.44) nên phương trình (1) là tuyến tính .Phương trình tuyến tính trên theo một phương xác định ,có giá trị phụ thuộc vào độ nhám của bề mặt kim loại δ. Hàm W(θ) có thể chia thành các thành phần Wx,Wy,Wz.Chúng có thể được diễn tả như sau: một trong những phương pháp xây dựng được (3.1) là bắt đầu với các mode phân cực gây ra bởi điện trường xung quanh.Dòng này sẽ có 3 thành phần x,y,z hoạt động theo nguyên tắc như một dipol Herts trên bề mặt tấm kim loại,các thành phần của dipol này sẽ lien hệ với hàm W(θ).Vị trí tương đối của mặt phẳng quan sát và mặt phẳng tới được đo bẳng giá trị của góc θ,xác định thành phần come into play. Phương pháp thông dụng nhất là quan sát tại ϕ =0,hai mặt phẳng (hình 3.3) song song với nhau .Hàm lường cực tại ϕ=0 sẽ là : Hình 3.3 thực nghiệm quan sát các mặt phẳng tỷ lệ (1) và trong mặt phảng quan sát(2) có xu hướng nghiêng 1 góc ϕ so với mặt phẳng (1) .θo là góc tử lệ ,θ là góc quan sát,p là hường phân cực của sóng ánh sáng .Nếu hướng phân cực p nằm vuông góc với mặt phẳng quan sát thì được gọi là phân cực s(p polization ).Hướng của các vector thành phần x,z thể hiện thành phần lưỡng cực từ tương đương A(θ,ε1) = ε1+ 1 ε1- 1 41+ 1| ε1|. tg2 θ (3.4) Góc φ là góc giữa mặt phẳng chứa phân cực và mặt phẳng quan sát. Khi φ= 0, hai mặt phẳng trực giao với nhau (phân cực s) và khi φ = 900 hai mặt phẳng song song nhau (phân cực p). Phương trình 3.3 cho thấy sự phân cực của ánh sang, tức là ánh sang dao động vuông góc với mặt phẳng quan sát hoặc φ =0 không tồn tại trong lý thuyết tính gần đúng của phương trình tuyến tính. Ánh sáng phát xạ (phân cực p) đạt giá trị cực đại theo hướng ngược như hình 3.4. Cho thấy sự ảnh hưởng của các bức xạ theo hướng tiếp tuyến (x) và (z) của thành phần lưỡng cực. Điều này có thể thấy khi quan sát phương trình (3.3) nếu thành phần sin2G/| ε1| rất nhỏ so với 1 thì (1 - sint)2 chiếm một miền giá trị lớn trong khoảng θ 0 (theo hướng trực diện). Kết quả biểu diễn trên hình 3.4 không thể xác định trực tiếp khi thành phần |s(∆kx)|2 chưa biết. Sự phân bố góc của ánh sáng phát xạ trong hình 3.5 cho phép xác định thành phần này. Hình 3.4: Hàm bức xạ của lưỡng cực |ω(θ)|2 với ∅ = 0; λ=5500 Å phân tử bạc, θmax = -55o. Với sự thay đổi không đáng kể của bước song. Thành phần tán xạ ngược đáng kể. Kết quả là gây ra nhiễu giữa 2 thành phần x và z của lưỡng cực. Hàm thể hiện độ nhám|s(∆kx)|2 trong biểu thức (3.1) sẽ xuất hiện nhiều thành phần phụ (xem hình 3.5) từ (2.4). Hình 3.5: phân bố cường độ từ trường của bề mặt nhám tại φ=0, θ0 và góc quan sát θ khác nhau. Ánh sáng kích thước có phân cực p. Sự phân bố góc tới của ánh sáng phân cực p được quy định bởi độ nhám bề mặt. Thành phần cường độ yếu s (φ=0) Được mở rộng 10 lần và được quan sát trong vùng cấm ánh sáng, theo công thức (3.2). Kết luận . Điều đáng chú ý là khi quan sát tại θ =90 deg ,hai mặt phẳng (1) và(2) đan chéo nhau (hình 3.3),kết cấu này cho phép thực nghiệm lý thuyết .Sự phụ thuộc tuyến tính vào θ=0 deg sẽ cho ta độ nhám với |ɛ|>>1. Với các biểu thức có độ chính xác cao hơn (xem [3.2]).Độ nhám thực tế sẽ không gây ra ảnh hưởng khi δkx biến đổi rất nhỏ trong khoảng θ =90 đến -90 deg .xem (2.50).Kết quả xoay quanh trục x trong mặt phẳng quan sát (y,z),khi phân tích hướng vuông góc với mặt phẳng quan sát ( ánh sáng phân cực s),chúng ta có thể quan sát thấy thành phần x của lưỡng cực và hi vọng sự phân bố ϕ =0 trong hình 3.6.Trong trường hợp θ =0 deg phân cực nằm trong mặt phẳng quan sát ,chúng ta cần gs sự phân bố 2 búp sóng thành phần y của lưỡng cực.Cả hai phân bố tại ϕ=0 và ϕ =90 deg được đo và lấy từ [3.2],Tại θ =90 deg,độ chênh lệch nhỏ về cường độ ch thấy việc sử dụng lý thuyết tuyến tính là đúng đắn.(xem hình 3.12). Hình 3.6 sự phân bô cường độ trường của bề mặt nhám tại θ =90deg,quay xung quanh trục x(hình 3.3) với hướng phân tích tại ϕ =0 và hướng song song với mặt quan sát ϕ =90deg. Θ chính là góc quan sát ứng với kim loại bạc,độ dày λ=5000 Å,tư [2.4]. Thí nghiệm Bố trí thí nghiệm như hình 3.7 để đo sự phân bố cường độ trường vào góc tới thích họp cho phản xạ và tán xạ.Tại tiếp xúc không khí /kim loại của film,SPs rất rõ rệt.Tấm film được tạo ra bằng cách cho bốc hoiwkim loại bạc trên thạch anh đánh bóng với độ dày << 1mm tạo ra một hình lăng kính hay một nửa bán cầu p sử dụng một loại dầu ngâm tiếp xúc quang học.Hệ thống này được đặt cố định trên một máy đo góc G,chum sáng (l) là laser,hoặc đèn xenon đơn sắc áp suất cao,kính phân cực p1 và p2,một ống kính hình trụ Z1.,ánh sáng gần như song song với bề mặt cả tấm phim kim loại.Các thiêt bị đo là một trong 2 loại diode tách sóng quang hoặc photomultipliers.(PM). Hình 2.1 : Cấu trúc máy đo (PD).Các tín hiệu được ghi lại bởi các khóa trong (LI) hoặc khuếch đại trong (V) và vẽ hệ thống S.Hiệu chỉnh số liệu được thực hiện thông quan MG.Có thể cải thiện kết cấu này [3.4]bằng việc thay thế máy đo góc bằng 2 quay tách bẳng có đường kính 60 cm.Hệ thống p được đặt trên một bảng,các thiết bị đo được đặt cố định ở bên ngoài ,cả hai được điều khiển bởi đông cơ bước. Chùm sáng kích thích đi vào thông qua 1 khe nhỏ,cải thiện tỷ lệ tín hiệu/nhiễu.Các thao tác thực hiện bằng điện từ bên ngoài.Đối với trường hợp quan sát trong mặt phẳng khác nhau từ các mặt phẳng tới(θ >0) hai vòng khuyên có xu hướng quay ngược nhau,chúng có thể được thay thế bằng ca 7.5 cm để có ánh sáng phát ra dọc theo bề mặt,ví dụ hệ thống ống dẫn sóng. Độ chính xác của θ được thiết lập có thể lên tới Δθo =0.01o,vì độ chính xác của θ lien quan đến việc xác định cạnh của thành phần phản xạ (0.02o) cho Δθ =0.04o.Sự phân kì của dòng laser khoảng 0.01 deg và đèn xenon cộng hưởng khoảng 0.05ovới độ rộng phổ là vài Å. Với độ chính xác như ở trên ,cho ta thấy rằng ,khi bay hơi kim loại,mức tối thiểu cộng hưởng và Điều này đúng trong trường hợp bạc đo trong không khí [2.9] cũng như bạc trong chân không,khoảng 10-7 Torr [3.5] và 3 – 4*10-8 torr [3.6] nếu không tiếp xúc với không khí. Sau một khoảng thời gian tiên hành đo ,cho thấy giá trị của SPs vẫn không thay đổi .Sau một ngày tiếp xúc vơi không khí ,các mẫu vật bị thay đổi,do đó những dữ liệu này sẽ không được sử dụng. Độ nhạy của phương pháp này được cải thiện đáng kể,do vậy dịch chuyển tương đối khoảng 4*10-4độ. Được phát hiện trong buồng chân không 3 – 4*10-8 torr [3.6] Quá trình hấp thụ được nghiên cứu.Ví dụ,hấp thụ 02 khoảng 2%,một lớp đơn trên mặt tấm bạc sạch có thể phát hiện chiều cao tán xạ tối đa cho phép,quan sát được sự thay đổi các bề mặt gố ghề.Để biết thêm thông tin .xem [3.6]. Hầu hết các thực nghiệm về SPs đều thực hiện trên bạc bởi một cố ưu điểm: + là kim loại có khả năng chống lại phản ứng hóa học ở mức độ cao. + so với vàng .. của SPs là nhỏ hơn [xem 2.6] Tại λ =6000Å giá trị của ɛ’/2 đối với bạc là 1x10-3 tuy nhiên với vàng là 1x10-2 Sự thay đổi nhỏ về vị trí và chiều rộng của ATR tối thiểu có thể được quan sát.Hơn nữa năng lượng của plasmons lượng (3.78+0.02 hoặc λ=3270Å) và plasmon bề mặt (3.6+0.02 hoặc λ =3450Å) khá gần nhau.Bởi cấu trúc band của bạc và nằm trong một vùng phổ khá gần với phổ của laser thông thường.cuối cùng,bạc là một kim loại không gây khó khan trong việc chế tạo tấm film mỏng khoảng 102Å và mỏng hơn bằng evapora hóa. Xác định thông số về độ nhám, Cấu hình ϕ=0 là sự quan tâm đặc biệt ,bởi nó cho phép ta có thể xác định hàm tương quan độ nhám bề mặt |SΔKx|2,sử dụng (3.1).Gía trị p(θ) =(1/Io)dI/dῼ được đo và thông số |t012|’ cũng như W(θ)^2 được xác định ɛ1(w) với một giá trị ATR tối thiểu trên bề mặt của tấm bạc.Theo 2.5 ta sẽ có được giá trị của |SΔKx|2.Thành phần ln|SΔKx|2giống như 1 hàm của (Δkx) có thể mô tả trong phương trình tuyến tính , Δkx > 103Å-1,cho bởi hàm tương quan Gauss. lnSΔKx2=ln14δ2σ2- 14σ2Δkx2 (3.6) Hình 3.8 Hàm tương quan độ nhám bề mặt |S(Δkx)|^2 như một hàm của Δkx với tấm phim bạc có độ dày là 550Å,tại các bước sóng kích thích khác nhau .The arrows indicate θ=0 hoặc Δkz =ɛo (w/c) sinθo quan sát dọc theo bề mặt .Góc khối của ánh sáng được phát hiện là dῼ=4x10-3 sr. Anh sáng phản xạ tại mặt phản xạ curve phản ánh độ gồ ghề của bề mặt tấm film bạc. Độ dốc của δ và ngoại suy tuyến tính với Δkx =0 cho bởi δ.Gía trị độ nhám bề mặt được tổng hợp lại trong bảng 3.1 [3.12].Chúng được đo thông qua giá trị của (Δkx) trong bảng 3.1. Sự tán xạ ánh sáng mạnh mẽ về hướng mà (Δkx) 0 đặc trưng cho bề mặt và đăc trưng bởi đường tuyến tính của hình 3.8 hoặc thể hiện độ gồ ghề của tấm film bạc. Giai thích này được làm rõ bởi 2 thí nghiệm: a, Nếu bè mặt thạch anh được thay thế bằng một “supersmooth”,các tán xạ về phía trước luôn giảm đáng kể xem trong bảng 3.2.Điều này giúp cải thiện đáng kể chất lượng của các phép đo . b,Nếu film kim loại nhám được chế tạo bằng các tinh thể hóa học cơ bản như CaF2,MgF2.Sự tán xạ về phía trước giảm ,trong khi tán xạ ngược tăng,so sánh hình 4.5 và 3.8.Do đó ,một phần tuyến tính của ln|S(Δkx)|^2 được mở rộng và tính chính xác của phép đo là tuyệt đối. Thí nghiệm so sánh trong điều kiện tương tự đã được Brandmeier và hall thực hiện [3.13].Các kết quả thực nghiêm hoàn toàn trùng khớp với kết quả quan sát đã được mô tả.Sự xuất hiện của một thùy phái trước và một thùy phụ .Sau những gì đã biết ,các waviness bề mặt thạch anh có ảnh hưởng đến cường độ búp sóng chính phía trước,do đó ta có thể thay đổi góc. Phép đo độ nhám của tấm film bốc hơi tương tự đã được công bố [3.15].Các tác giả không lấy được số liệu tin cậy của hàm |S(Δkx)|2 từ số liệu quan sát trên tấm film.Tuy nhiên ,họ có thể tính được giới hạn dưới của δ với film tiếp xúc Cu/ không khí ,độ dày 5000Å,δ >4.4Å và Cu/mica ,δ>5.8Å. Trong thí nghiệm với tấm film nhôm dày 340A,sủ dụng ATR cho hàm sóng bậc 2 (hình 2.30),độ gồ ghề của tấm film đo được từ ánh sáng tán xạ với tần số 2w.Gía trị ứng với δ=25Å và σ =1390Å [3.16] . Những thí nghiệm này được tiến hành với tiếp xúc thạch anh /kim loại.Xem hình 2.8.Tán xạ trong cấu trúc thạch anh /kim loại,không khí /kim loại khó khăn hơn ,cũng đã cho δ =5Å tại tấm film bạc mỏng. Một điều cần nhớ rằng,các tán xạ phổ X giá trị về độ nhám là duy nhất với 1 Δkx giới hạn cho bởi giá trị của góc quét của góc θ,đó là khoảng 2π*2/λ trong khu vực thấy được ánh sáng 1-2.5x10-3Å (xem bảng 3.1) và với X-rays tăng lên khoảng 10-4Å-1.Một câu hỏi được đặt ra ,với Δkx như vậy ,có thể mô tả bằng một hàm tương quan gauss và hai thông số tương tự.Để trả lời cho câu hỏi này,phải tiến hành thục nghiệm với các bước sóng khác nhau trên cùng môt mẫu vật. Thông số thống kê của bề mặt nhám trong trường hợp film kim loại bốc hơi,được đưa ra bằng việc sắp xếp các tinh thể có đường kính và hình dạng bên ngoài khác nhau.Có thể đưa ra kết luận từ thí nghiệm trên,một trình tự sắp xếp như vậy có thể mô tả ánh sáng nhìn thầy bởi một hàm tương quan Gauss. 3.3 Tán xạ hướng. Trên một bề mặt nhám ,SPs nằm rải rác trên các bề mặt ra khỏi hướng của kx và không làm thay đổi giá trị của nó ,được gọi là tán xạ hướng,hình 3.9 Δkx= k- kx. Với |k| =|kx|.Các plasmons nhận giá trị khác nhau | Δkx| =2|kx|.sinθ/2 từ quang phổ nhám và góc lệch khác nhau θ.SPs lan truyền lệch trên bề mặt tấm film kim loại và phát xạ ánh sáng phản ánh góc vào mặt sau của kim loại(xem hình 3.10),một quá trình được mô tả trong [3,10,17] .Bằng cách này .this is still a fist-order interation. Gía trị góc θ biến đổi trong khoảng 0-180 deg,hình thành một vòng ánh sáng như hình 3.11. Cường độ dọc theo vòng tròn này tỷ lệ thuận với hàm độ nhám |S(Δkx)| và do đó cho phép xác định nguồn gốc của thông số độ nhám δ và σ [3.10].Kết quả này được thực nghiệm trên tấm film bạc dày 500Å,được cho bởi bảng 3.1,với δ =6Å và σ =1400Å,thu được bằng việc quan sát ánh sáng phân tán vào mặt tiếp xúc không khí . Các thành phần kt’ thấm vào tầm film bạc và kích thích cộng hưởng thành phần trên bề mặt tiếp xúc kim loại /không khí .Thành phần này thâm nhập trở lại qua tấm film vì vậy sẽ được nhân với |t012p|2 khi ánh sáng quay trở lại. Phương trình trên thể hiện 2 yếu tố nâng cao,một cho ánh sáng đến và 2 cho ánh sáng tán xạ. Đây là kết quả tương tự đã được tìm thấy trong các tính toán sau này của thuyết SERS,sự khác biệt là ánh sáng đã bị thất thoát qua một lỗ nhỏ do sự kích thích trong quá trình chuyển đổi Raman.Nó liên quan đến đàn hồi tán xạ.Trường bức xạ đàn hồi được xác định bởi Frenel,yếu tố 210 thay cho 012,trong đó có các mode cộng hưởng với r12 =-r21,xem [2.17] vì vậy cường độ trường tương đối của nó tye lệ thuận với [1 +r01*r12*ej2kzd1 ] So sánh cường độ bức xạ tương đối trong không gian tự do và lăng kính ,người ta nhận thấy rằng các góc hàm w(θ,σ) và |SΔKx|2 là không giống nhau.Nếu xét tại điều kiện đặc biệt ,sự phối hợp tốt của cả hai cường độ tính toán và quan sát người ta có thể tìm ra phương trình [3.10]. (3.9) Ví dụ: tại λ=5500Å, ɛ1=0.5, ɛ1’ =-12,mức .10-3 rad. Chính vì vậy ,có thể thấy trực tiếp vòng tròn ánh sáng đi qua tấm film,xem hình 3.11. 3.4 Bề mặt gồ ghề và lượng của độ nhám bề mặt. Ý tường về bề mặt nhám đươc giả định. ɛ1 (x,y.z) =ɛ1 +Δɛ1 (x,y,z). với ɛ1 là giá trị trung bình của hàm hằng số điện môi,Δɛ1 là giá trị biến đổi của thành phần ɛ1. Môt nghiên cứu theo lý thuyết [3,19,20,21] đã chỉ ra rằng ,lượng tán xạ,thành phần z của lưỡng cực W:Wz có thể viết lại WZ’=WZ/|ɛ’| bởi điều kiện liên tục của đường DZ=ɛ1’ EZ. Tiến hành với bước sóng λ=5000Å, ɛ1 (w)=-9.4 +0.37j đối với kim loại bạc,cho các thành phần WZ' khác nhau trên bề mặt tán xạ,| ɛ1’| =1 và lượng tán xạ với |ɛ1’| =9.4.Sự khác biệt này gây ra sự ảnh hưởng tới các thông số II(w =90o)/ I(w=0) = Ip/Is,được đo tại θ =90O,(xem hình 3.12) có thể viết lại như sau: Số liệu hình 3.12:ánh sáng được tạo ra bởi bề mặt gồ ghề ,hình 3.12a cho thấy giá trị Ip/Is không tiến tới 0 khi θ tiến đến 0,Sự khác biệt đó là do sự tán xạ nhiễu. Hình 3.12 Tỷ số I(ϕ =90)/I(ϕ=0),hoặc Ip/Is hàm của ϕ đo theo trục z,với mặt phẳng(s) và lượng v của các bước sóng khác nhau. Của SPs,điều này được chứng minh khi quan sát “cường độ còn lại” tăng lên với hệ số δ2 [3.2]. Kết quả thực nghiệm đã chứng minh rằng SPs bức xạ tương tác với bề mặt nhám, Độ nhám bề mặt và bức xạ SPs Mối quan hệ phân tán bức xạ của SPs nằm phía trái của đường ánh sáng trong đồ thị 2.2.Nó được bắt đầu với giá trị Kx nhỏ,W=Wp và tằng dần khi 12 kp*d<1as. Its daming grows with kx. Xem hình [2.3b],có thể nhận ra đặc trưng của nó trong hình 2.2 The daming là do sự phát xạ ánh sáng từ các SPs bức xạ trực tiếp cùng với các photon ánh sáng ,do đó thành phần Kx của SPs hoàn toàn giồng s với thành phần Kx của photon ánh sáng. Quan sát sự truyền lan các bức xạ SPs trên bề mặt của tấm film bạc mỏng ,khi thay đổi liên tục tần số của ánh sáng phân cực p chúng được cho qua tấm film(hình 3.13) một sự suy giảm rõ rệt khi ánh sáng lan truyền với năng lượng hwp =hw =3.8eV(λ =3250A) chỉ ra sự kích thích cộng hưởng của bức xạ SPs[3.22] tấm film có xu hướng chống lại chùm tia đến hình 3.13 Sơ đồ sắp xếp thí nghiệm cho sự hấp thụ Flasma cộng hưởng. vì vậy thành phần điện trường Ez của vector E (trong đó hướng z cùng hướng với tấm film kim loại) có thể kích thích bức xạ SPs.Nó tương ứng với thành phần tần số cao mode W+ của bức xạ SPs. Mode sóng này được quan sát nhằm phản ánh : Nếu chùm sáng phân cực p kích thích một cách ngẫu nhiên lên tấm film bạc dưới 1 góc θo,a specular relfected beam at θo.Trong thí nghiệm này cho thấy ,bức xạ còn được phát hiện trong một khu vực góc lớn hơn khi tần số vượt qua giá trị W=Wp.Có thể giải thích với hình 2.2.Một sự liên tục của vector độ nhám với sự phân bố ánh sáng tại miền kích thích,do sự phần bố này gần như nằm ngang ,W=Wp với kx<kp [3.23-25]. Các nghiên cứu chi tiết về hiện tượng này đã chỉ ra rằng ,độ nhám kim loại quy định bởi khối lượng và độ thô ráp bên trên .Những lý thuyết đưa ra cho thấy rằng,trong trường hợp này ,thành phần z của W(θ) phải được thay thế bằng thành phần W’(θ). W’(θ)=W(θ)/| ɛ1'|; Với thành phần |ɛ’1| rât nhỏ khi w= wp. Điều này gây lên một hệ quả: A,Tỷ số cường độ Ip/Is là một hàm của 1/|ɛ1'| đạt giá trị cực đại tại w=wp,đúng như quan sát được[3.24-25] xem hình 3.14. B,Phân bố góc của ánh sáng tán xạ chủ yếu được xác định bởi một lưỡng cực theo trục z,song song với bề mặt của tấm film kim loại,do đó tỷ số Ip/Is giữa cường độ ánh sáng phân cực p với ánh sáng phân cực s là hàm của góc quan sát θ có giá trị lớn hơn tại bề mặt tán xạ. [3.26]. Cả hai sự phụ thuộc,cường độ là một hàm của λ,cũng như góc khối phản ánh độ nhám đều ảnh hưởng đến ánh sáng tán xạ. 3.5 Đo lường độ nhám với kính hiển vi hầm điện tử. Các giá trị của r.m.r,chiều cao S trên tấm film bạc bốc hơi thủy tinh hoặc chất nền thạch anh thu được bằng phương pháp tán xạ hoàn toàn có thể đo lường trực tiếp.Ưng dụng kính hiển vi hầm điện tử vời độ phân giải = 1A vuông góc với bề mặt và trên bề mặt khoảng 10A,cho độ nhám trung bình =5A thu được từ bức xạ ánh sáng.Nhu hình vẽ 3.15. Phương pháp này có thể được mở rộng để xác định các bề mặt gồ ghề có độ nhám cao hơn.Nó cho phép so sánh dữ liệu thu được bằng phương pháp tán xạ ánh sáng trên bề mặt film kim loại. Hình 3.5 Hình ảnh hiển vi của tấm film bạc dày 500A. 3.6 Độ gợn của sóng phẳng. Như đã đề cập trong 2.6,phương pháp ATR có thể dùng để kích thích một hệ thống ống dẫn sóng được xây dựng theo mô hình một hệ thống lớp,ví dụ thạch anh /bạc ,độ dày là 350A.Khi công hưởng xảy ra,có thể nhận biết thông qua sự tán xạ tối thiểu cũng như tối đa ánh sáng qua bề mặt gồ ghề.Xem hình 3.1.Một nghiên cứu đã chỉ ra rằng ,nguồn gốc của sự phát xạ ánh sáng chủ yếu là trên giao diện LiF/không khí.Qúa trình đánh giá góc phân bố của ánh sáng tán xạ được đề cập ở trên,có giá trị từ 6-40-50A.Các nhà nghiên cứu chỉ ra rằng ,trường trong một ống dẫ sóng không đạt giá trị tối đa trên bề mặt mà ở trong lòng của ống. do đó có thể là xấp xỉ bậc nhất là hơn phù hợp với bề mặt nhám hơn với chế độ ánh sáng hơn so với như vậy với SP . này kết quả được hỗ trợ bởi các thỏa thuận tốt các vị trí quan sát và tính toán và chiều rộng một nửa trong các phương thức sử dụng xấp xỉ tuyến tính này. Một tác dụng của các gồ ghề về mối quan hệ phân tán không quan sát thấy . 3.7 Tăng cường đàn hồi của tán xạ ánh sáng. Sự kích thích sóng âm nhiệt bề mặt tạo ra nhung gợn sóng trên bề mặt của các vật liệu khác nhau.các thành phần ngang của phương thức Rayleigh.Các photon bề mặt với tần số wr và vector sóng qr được quan sát sử dụng ánh sáng đàn hồi di chuyển bên trong cách tử (tán xạ Brillouin).[3.30].Một photon loại này ở tần số vr = 6*10^9 có một vector sóng qr vào khoảng 10^-3A-1 và bước sóng khoảng 10^3A,Vì vậy ,khi sóng Rayleigh kết hợp với SPS thì chúng tạo nên thành phần sóng bề mặt với hệ số kx+-qr. Và mang năng lượng hw+-hwr;Vector sóng qr sẽ được so sánh với các thành phần của SPs(ví dụ SPs với λ =5000A, hoặc hw =2.5eV có một vector sóng kx khoảng 6*10^-3A-1),các SPs nằm rải rác trong nón ánh sáng và có hướng khác với hướng của photon qr.với mức năng lượng thay đổi là +-hwr ( khoảng một vài 10eV) ,Tại cộng hưởng của SPs tối đa,giá trị của cường độ ánh sáng được nâng cao rõ rệt,Không thể tránh khỏi độ nhám bề mặt ,và sự đàn hồi của ánh sánh ,điều mà đã được thảo luận trong chương này.Các thí nghiệm được thực hiện tách biệt trong điều kiện giao thoa tần số nhỏ,khoảng 10HZ để thầy được các thành phần đàn hổi cũng như thành phần co giãn.Khi ATR tối thiểu cho thấy sự kích thích tối đa,sự phân tán của ánh sáng không đàn hồi cũng như không đàn hồi được thể hiện một cách tối đa. The en­hancement đi ra được khoảng 25.Việc so sánh được thực hiện khi quan sát cường độ ánh sáng không có kích thích ATR.Xem trong chương 5,hình 5.1,Liên quan đên sgocs khối của hàm khi không có kích thích ATR,các giá trị được nâng cao khác từ |t01| có thể cho ta đi tới kết luận (5.1).