TRNG I HC BCH KHOA H NI

VIN IN T - VIN THNG

BO CO CNG NGH NANO

ti:

Surface Plasmon trn b mt g gh

Ging vin hng dn: PGS.TS o Ngc Chin

Sinh vin thc hin:

H v tn SHSV Lp

V Hng Cng 20106059 KT, T-Truyn thng-K55

Trng Ngc Tun 20106084 KT, T-Truyn thng-K55

H Ni, 12 2014

Bo co cng ngh Nano

Page 1

Mc Lc

Surface Plasmon trn b mt g gh ...................................................................... 2

3.1. Pht x nh sng cng hng quan st c vi thit b ATR. ..................... 2

3.2. Php o g gh ........................................................................................... 4

3.2.1. Cc ch thch v mt l thuyt ................................................................. 4

3.2.2. Xc nh tham s g gh ................................................................... 11

3.3. Hng tn x ................................................................................................. 15

3.4. g gh v mc g gh ca b mt ..................................................... 17

3.4.1. g gh bn mt ................................................................................. 17

3.4.2. Mc g gh v bc x SPs ................................................................ 19

3.5. o g gh b mt bng ng knh hin vi in t .................................... 21

3.6. g gh b mt trn mt phng dn sng. ............................................... 22

Ti liu tham kho ............................................................................................... 25

Bo co cng ngh Nano

Page 2

Surface Plasmon trn b mt g gh

Trong chng ny, s nh hng ca g gh nh ( 5 10A

) ln SPs o

c bng phng php ATR, c trnh by trong cc phn trc. Kt qu ng

lu l pht x cng hng nh sng sinh ra do trong khp ni SP-photon c s g

gh. S phn b gc pht ra cc tia sng cho php ta xc nh cc thng s mt g gh

bng cch s dng phng php xp x tuyn tnh ca l thuyt tn x nh sng.

3.1. Pht x nh sng cng hng quan st c vi thit b ATR.

Nhn vo b mt ca tm phim bc mng t pha di y ca lng knh hoc

na ng hnh tr thy tinh c t ti cc v tr nh trong hnh 3.1, ta s thy c s

pht x nh sng cng mnh nu h thc tn x c tha mn v nh sng phn

x tr li c cng mc ti thiu, th hin trn hnh 3.1 [2.8].

Nhng th nghim ny chng minh c rng:

a) S kch thch ca SPs trn tm phim kim loi mng khi tip xc trc tip vi

lng knh thy tinh to ra ATR mc ti thiu.

b) SPs lan truyn trn trn b mt g gh s bc x nh sng vo khng gian theo

hnh Lorentzian do khp ni SP-photon.

c) Cng nh sng mnh trong trng hp cng hng cho ta thy mt

trng in t mnh trong lp tip gip khng kh/kim loi (gi l trng tng

cng).

Trong hnh 3.2 bc x tng cng c biu hin: n s biu th cng cc i

ti cc sng phn x khc nhau theo h thc tn x. Cc con s trn cc ng cong

trung bnh: ' '0 0 0 1 1sin sin / (1 )n cho bi giao im ca h thc tn x v

ng thng trong biu ( ,k ) vi dc 0( / )sinc n , xem hnh 2.7. Thay i

0sinn bng cch chn gi tr khc ti 0 const , gi tr cc i quan st c

hnh 3.2a. Trong hnh 3.2b mt th nghim tng ng c thc hin vi const ti

cc gc ti khc nhau 0 [2.9].

Th nghim ny chng minh s nh hng r rt u tin ca b mt g gh ln

SPs l s pht x ca nh sng. Cc SPs khng bc x tr nn bc x. Vic tng

cng cc bc x ny c th hin bng s lng cc nhn t 2

012t trong (3.1).

Bo co cng ngh Nano

Page 3

Hnh 3.1. Nu SPs kch thch t ti a ti gc cng hng 0 , cng phn x i

qua mc ti thiu (trn cng bn phi), ng thi pht x nh sng cc i ti khp

ni ca SP vi cc photon thng qua b mt g gh (di cng bn tri). C hai

phng php cho php th nghim chi tit vi SPs. c ngha l hng quan st c

nh. T [2.4]

Bo co cng ngh Nano

Page 4

Hnh 3.2. (a) pht x nh sng ca b mt g gh, 5A

do khp ni gia photons

vi SPs, xem hnh 3.1 (pha di bn tri). Kch thch cng hng ca SP to ra s

tng cng 2

012

Pt ca trng in t trong b mt phim, cng trng in t ny

mnh hn vi cc vc sng di hn. Cng pht ra c v (a) l hm ca

bc sng nh sng n vi t l cc gc gi c nh. S kch thch cc i ti cc

bc sng khc nhau chng t vic tng cng trng bc x v phn nh h thc

tn x ca SP. Lu thang logarit ! mt nh hng ph c th thy: ti 3200A

bc c trong sut cc i, trng bc x cng xut hin trong cc php o vi

sng phn cc thng (---) v n n t nh sng tn x trn mt phn cch ca

bc/thch anh. T [2.8]. (b) S pht x nh sng tng t, n l hm ca ca gc ti

, thc hin vi Ag v Au ti hng s . S tng cng cc bc x pht ra trong

cng hng l mt iu hin nhin. Hai kim loi c s dng c nhy khc nhau.

C hai ng cong chng t c s bin dng Lorentz. T [2.9]

3.2. Php o g gh

3.2.1. Cc ch thch v mt l thuyt

nh sng tn x c cng mnh trong Hnh 3.2 c th c s dng cung

cp cho ta cc thng s v g gh ca b mt bc s dng. Cc l thuyt lin

quan n qu trnh ny c pht trin vo nm 1974 bi Kretschmann [3.1] v

c p dng nh gi cc l thuyt thc nghim. Mi quan h gia cng nh

sng pht ra dI trn gc khi d , vi I l cng ca nh sng phn cc p, c

a ra ban u hoc ly xp x tuyn tnh vi (pha thay i theo hng z) v

bi biu thc:

24

2 2

012

0

1 1

4 cos

p

o x

o

WdIP t s k

I d c

(3.1)

Vi 0 l gc ti, 2

012

pt h s Fresnel ca hai b mt chung thch anh/kim

loi/khng kh (2.25); 2

( )xs k l bin i Fourier ca hm tng quan (2.47), v

2( )W l cc hm lng cc. Hai hm v sau u xc nh s phn b gc ca bc x

pht ra. Hm lng cc 2

W th hin c tnh bc x ca cng tn hiu pht ra

duy nht, trong khi 2

( )xs k m t mi tng quan ca n vi cc lng cc xung

Bo co cng ngh Nano

Page 5

quanh v cc khp ni ca cc photon c s g gh, thy trong mc 2.9. Thut ng

xk c gii thch trong (2.50). Cng pht ra t l 0 , 0 l in mi ca mt

na hnh tr thy tinh, ch yu l SiO2.

Thut ng xp x tuyn tnh bt ngun t s hnh thnh ca trng trn b mt

g gh, y t trng Hy:

0

(0) ( )y yz

HyH H S x

z

(3.2)

tnh ton cng ca nh sng pht ra th gi tr 2yH l rt cn thit, do

gi tr 2 20, ( )S S x c s tc ng (2.44). Do xp x tuyn tnh a ra mt

phng trnh bc hai ph thuc vo .

Hm 2

( )W c th c chia thnh ba thnh phn Wx, Wy, v Wz, n c th

c din t nh sau: Mt trong nhng phng php tip cn l thuyt c c

(3.1) l bt u vi m hnh ca cc dng phn cc gy ra bi cc trng in t. By

gi c ba thnh phn x, y, z, mi thnh phn tc ng nh mt lng cc Hertz trn

b mt kim loi. Ba thnh phn ca lng cc Hertz by gi c th c lin kt vi

ba thnh phn ca ( )W . V tr tng i ca mt phng quan st v mt phng ti

c o bi gc , xc nh thnh phn n trong trng thi hot ng.

Phng php thng thng m ta thc hin l quan st ti = 0, tc l hai mt

phng (1,2) song song, xem hnh 3.3. Hm lng cc vi = 0 c cho bi [3.2,3]:

21/2

22 2

1

1

sin( ) ( , )sin 1 sinW A

(3.3)

Bo co cng ngh Nano

Page 6

Hnh 3.3. Cc thnh phn ca th nghim ny c sp xp nh hnh v sao cho mt

phng ti (1) v mt phng quan st (2) nghing mt gc (1). 0 : Gc ti, : gc

quan st; p cho bit hng phn cc. Nu vector phn cc p nm vung gc (song

song) vi mt phng quan st, n c gi l s phn cc s (phn cc p). Hai mi tn

ngn ti gc biu th thnh phn x v z ca bc x lng cc. Theo [2.4].

11

21

1

1 4( , )

111

A

tg

(3.4)

Gc ca mt phng phn cc v mt phng quan st: khi = 0 c hai mt phng

vung gc (phn cc s) v = 90 c hai mt phng song song (phn cc p).

Phng trnh (3.3) cho thy l nh sng phn cc s, tc l nh sng vung

gc vi mt phng quan st hoc = 0 khng tn ti v mt l thuyt trong xp x

tuyn tnh ny. nh sng pht ra (nh sng p) vi cng cc i theo hng ngc

nh hnh 3.4 chng t kt qu ca nhiu nh sng pht ra bi cc thnh phn tip

Bo co cng ngh Nano

Page 7

tuyn (x) v thnh phn php tuyn ca lng cc (z). Hin tng ny c th c

nhn thy trc tip t (3.3): nu thut ng 2 1sin / khng tin ti 1, h thc

2

1 sin cho ta mt gi tr ti 00 ln hn cho so vi 00 (theo hng truyn).

Kt qu l thuyt ca hnh 3.4 khng th c xc minh trc tip trong th

nghim do yu t cha bit 2

( )xs k c s nh hng mnh m v thay i s phn b

gc ca nh sng pht ra nh biu th hnh 3.5. iu ny cho ta kh nng xc nh

gi tr 2

( )xs k .

Hnh 3.4. Tnh ton hm lng cc 2

( )W vi = 0, = 55000

A , Bc, max = -55,

khng c s thay i ng k. S tn x ngc l yu t ng ch , l kt qu ca

s can thip ca nh sng pht ra t thnh phn x v z ca lng cc. Hm s g

gh 2

( )s k , xem (3.1) c s thay i t hn hoc nhiu hn, xem hnh 3.5. T [2.4].

Bo co cng ngh Nano

Page 8

Hnh 3.5. Phn b cng t mt b mt g gh ti = 0. 0 v l gc ti v

gc quan st. nh sng n l nh sng phn cc p. Phn b gc ca nh sng p (

= 90) c xc nh ch yu bi g gh ca b mt. nh sng yu s ( = 0) b

cn tr vic quan st trong xp x tuyn tnh. T [3.2].

Ghi ch thm

Mt iu th v khi xem xt trng hp = 90, qua mt phng 1, 2 xem hnh

3.3. T hnh dng ny cho php kim sot c cc khi nim l thuyt. Tnh ton

ph thuc vo = 0 cho g gh vi 1.

2 2W ( , )cosA v cho = 90 (3.5)

2 2( , )sinW A

cc biu thc chnh xc hn xem [3.2]. g gh thc t khng nh hng

do xk thay i rt t gia = +90 v -90, xem (2.50). Chuyn hng quan st xung

quanh trc x trong mt phng quan st (y, z) vi cc thnh phn phn tch vung gc

vi mt phng quan st (nh sng "phn cc s "), ta thy cc thnh phn lng cc

ca x v s phn b = 0 trong Hnh 3.6. Trong trng hp = 90, phn cc trong

mt phng quan st v s phn b ca thnh phn y ca lng cc. C hai s phn b

= 0 v = 90 c xc nh vi cc biu thc tnh ton [3.2]. Ti = 90,

Bo co cng ngh Nano

Page 9

cng nh cn li cho thy sai lch ca l thuyt cng c s nh hng xem Hnh

3.12.

Hnh 3.6. Cng phn b t mt b mt g gh ti = 90, hng quan st xung

quanh trc x, xem Hnh 3.3, vi cc b phn phn tch vung gc ( = 0) v song

song vi mt phng quan st ( = 90). l gc quan st. Bc, dy 700 0

A , =

5000 0

A . T [2.4].

Th nghim ng ch

Vic b tr th nghim o gc phn b cng c trnh by Hnh 3.7

ph hp vi hin tng phn x v tn x. Ti lp tip gip khng kh/kim loi ca

tm phim kim loi, SPs c kch thch. Tm film c lng ng sau qu trnh bay

hi trn tm thch anh (b dy 1mm), c gi li trn lng knh hoc na hnh

tr trn (P) c ngm trong du tip xc quang. H thng ny c gi c nh trn

gic k (G). Chm nh sng (L), c th l laser hoc bng n xeon n sc c cng

sut ln, i qua bn ng (C), lng knh phn cc (P1, P2), mng ngn (BL1), v ng

knh hnh tr ZL b khc x ti b mt ng hnh tr v vy chm nh sng gn song

song ti p vo b mt ca phim kim loi. B d dng photomultipliers (PM) hoc

photodiodes (PD). Cc tn hiu c ghi li bi kha trong (LI) hoc khuch i trong

Bo co cng ngh Nano

Page 10

Hnh 3.7. B tr th nghim o lng phn chia gc

(V) v pht ha a trong (S). Hiu chun thc hin bi im qua MG. S b tr

ny c ci thin [3.4] bi s thay th gic k bng 2 bng quay ring bit c ng

knh 60cm, h thng P c gn kt bn trong bng, trong khi cc b pht hin

c gn bn ngoi, c hai u s dng ng c bc. Ton khi c gn vo

trong mt hp, trong ny chm nh sng xuyn qua mt mng chn nh, iu ny c

th gim nhiu tn hiu. iu khin chm in t t bn ngoi. Ty thuc mt phng

ti ( 0 ) th ta quan st vo cc mt phng khc nhau, hai vng c t nghing.

Chng cng c th c thay th bng ca.7,5cm o lng nh sng pht ra t b

mt, v d b mt ca h thng ng dn sng.

chnh xc im t 0 vi 0 = 0.010 (tuyt i), thng s lin quan ti

chnh xc ca bin v ton b lng pht x c xc nh (0.020) c = 0.040,

s phn k ca chm laser khong 0.010 v ca n xenon n sc l 0.050.

Vi cc chnh xc c c trn, iu ny cho chng ta nhn thy sau khi s

bay hi, nhng cng hng nh nht (hoc ln nht ty theo cch c dng) thay

th bi nhng gc nh hn v chiu rng ch cn mt na trong mt gi ng h

c c xp x 1%. iu ny nhn thy d dng hn khi dng bc o lng trong

khng kh [2.9] cng nh l film bc c chun b v o lng trong ng chn

Bo co cng ngh Nano

Page 11

khng, khong 10-7 Torr [3.5] v 3-4 x 10-8 Torr [3.6] m khng c s tip xc vi

khng kh. R rng s kt tinh s n sau mt gi u tin.

S o lng c thc hin tng th sau khong mt gi tri qua v d liu SP

vn khng thay i. Sau mt ngy mu ny pht x ra khng kh thay i do s

nhim, nhng d liu ny tr nn khng s dng c na.

nhy ca phng php ny c ci thin ng k, do c mi lin quan n

4x10-4

deg c pht hin trong bung ng chn khng vi 3-4 x 10-8 Torr [3.6].

Qu trnh hp th c din ra , v d nh hp th O2 khong 2% ca trn b mt

film bc c pht hin. Mc tn x ln nht cho php quan st s thay i trn b

mt g gh. Chi tit xem [3.6].

Hu ht nhng th nghim trn SPs thc hin vi bc, v bc c nhng c im

thun li nh hn ch c cc cht ha hc vi nng cao. Tnh quang hc ph

hp t vng nhn thy nh,v d so snh vi vng, v th m SPs cng nh. Ti

bc sng = 60000

A gi tr ca /2| |2 vi bc l 1x10-3, tuy nhin vi vng l

1x10-2. Thay i nh v chiu rng v v tr ca ATR c th c pht hin. Hn na

nng lng ca khi lng plasmon (3.78 0.02 hoc = 3270 Ao

) v b mt ca

plasmon (3.6 0.02 hoc = 3450 Ao

) gn hn, bi v cu trc bc c th cho chp

nhn quang ph ca laser thng thng. Cui cng, kim loi bc cng d c th dt

mng khong 210 Ao

bng phng php bc hi.

3.2.2. Xc nh tham s g gh

Cu hnh =0 l thng s c bit bi n cho php chng ta o lng hm s

g gh |s(kx)|2 s dng (3.1). Gi tr P( ) = (1/I0)dI/d c o, v tha s

2

012

pt

cng nh l |W( )|2 c tnh ton vi 1(w) c c t sp xp ATR ti thiu ca

b mt bc, mt thng c c c |s(kx)|2, th ln |s(kx)|2 l mt hm ca (kx)

2

c th c m t bi th tuyn tnh kx >10-3 1A

o bi tng quan hm s Gauss,

xem hnh 3.8

ln |s(kx)|2

= ln 1

4 2 2 -

1

4

2kx

2 (3.6)

Bo co cng ngh Nano

Page 12

Hnh 3.8. Hm s g gh quan st c |s( kx)|2 l mt hm ca ( kx)

2 cho film

bc, c b dy l 5500

A ti cc bc sng khc nhau. Cc mi tn ch =0o hoc

0 0( / )sinxk c , quan st theo php tuyn ca b mt. Gc khi ca ca b pht

hin nh sng l =4x10-3sr. nh sng tn x ngc, nm pha bn phi ca

ng cong c xc inh bng g gh ca b mt bc. T [3.1]

dc v ngoi suy tuyn tnh vi kx = 0 l . Gi tr ca tham s g

gh c c vi phng php ny c ly t trong bng 3.1 [3.12]. Cc tham s ny

c o trong min zk cho bi bng 3.1.

Tn x ngc mnh ti kx

Bo co cng ngh Nano

Page 13

di = 2 /kx vi s d l 1 [3.1]. iu ny l gii ti sao mt phn ca cc tm

thch anh c nh bng, c nhim v nh mt cht nn c to ra trong qu trnh

hnh thnh. V iu cn quan tm l tn x d tha ti gi tr kx mc thp ny cng

c thy b mt Zerodur xem hnh 5.10b. Gi tr gn ti 00 l c tnh ca

cht nn, trong khi phn tuyn tnh ca hnh 3.8 hoc ch yu bp sng ngc cho

thy cc thng tin v g gh ca tm phim bc.

Gii thch ny c kho st bng 2 th nghim sau:

a) Nu cht nn tm thch anh c thay th bng supermooth thch anh, th

tn x gim mnh, nhn bng 3.2. Chng minh rng cht lng o mc cht

nhn c.

b) Nu tm film kim loi lm bng cht th nh CaF2, MgF2, th tn x mt

trc cng gim ng k so vi mt sau. So snh hnh 4.5 v 3.8. Do vy mt

phn tuyn tnh ln |s( kx)|2

c m rng v chnh xc ca ( , ) cng

c tng ln.

Th nhim cng loi trong iu kin so snh c thc hin bi Braundmeier

v Hall [3.13]. Kt qu thc nghim c bn ph hp vi hin tng quan st, c

m t: S xut hin ca mt bp sng trc v mt bp sng sau mnh. Sau tt c

nhng g c trnh by, kt cu b mt thch anh c nh hng ln n cng

ca bp sng pha trc, do , phn b gc c th thay i. nh gi phn b cng

gc c c cc thng s g gh khng c thc hin k t khi gii

thch ca bp sng pha trc b tht bi do li trong chng trnh my tnh[3.14].

Bo co cng ngh Nano

Page 14

Tng t, o g gh ca mng Cu bay hi c cng b [3.15]. Cc tc

gi c th khng ng tin cy khi hm 2

xs k c a ra t d liu quan st thy

cc tm phim. Tuy nhin tnh ton gii hn di ca phim Cu 500 trn thch anh:

>4.4 v Cu trn mica: >5.8. Trong th nghim vi phim nhm dy 340, s

dng thit b ATR cho th h sng hi bc 2 (xem hnh 2.30), gi tr g gh c

xc nh t nh sng tn x 2. Gi tr thu c l: =25 v =1390[3.16].

Nhng th nghim ny c thc hin trn thch anh/kim loi/khng kh, hnh

2.8. Tn x o trong thch anh/ khng kh/ kim loi km thun li x l, cng cho

~5 ti phim bc mng[3.11].

Ta phi nh rng cc th nghim vi tn x nh sng cho cc gi tr X-quang

hiu nng ca cc tham s g gh ch trong min gii hn kx a ra bi cc khu

vc qut , l khong 2 2 / , trong min nh sng nhn thy 3 11 2.5 10 Ao

(xem bng 3.1) v X-quang 51.5 10 n khong 4 110 Ao

. N l cu hi m vi min

kx c th m t bng mt hm Gauss v 2 tham s tng t, c c thng tin

ny, cc php o phi c thc hin vi cc bc sng khc nhau trn cng mt

mu.

Trong h s v thng k b mt g gh, trong trng hp mt mng kim loi

mng c bc hi, do s sp xp ca cc tinh th c hnh dng bn ngoi v ng

knh khc nhau. C th kt lun t kt qu tho lun trong chng ny, s sp xp

nh vy c th c m t trong khu vc ca nh sng nhn thy bi mt hm tng

quan Gauss.

Bo co cng ngh Nano

Page 15

3.3. Hng tn x

Trn b mt g gh, cc SP nm ri rc trn b mt, ngoi s ch o ca kx m

khng thay i gi tr ca n gi l tn x nh hng, hnh 3.9

Vi xk k .Cc plasmon thu c cc tr khc nhau khi 2 sin / 2xk k t ph

g gh v gc lch . Cc SP lch lan truyn trn b mt kim loi v pht ra nh sng

di gc phn x vo mt sau ca tm kim loi, hnh 3.10, qu trnh c m t

trong [3.10,17]. Bng cch ny vn l tng tc bc u tin. Gc nm trong

khong t 0 n 180 , do , mt vng trn nh sng c to ra c th chp nh

c. Xem hnh 3.11.

Mt theo vng trn ny t l thun vi hm g gh 2

s k v do cho

php dn xut cc thng s g gh v [3.10]. Kt qu ca nh gi ny l ca

mt mng bc dy 500 c a ra trong bng 3.1 vi ~6 v ~1400 ph hp

vi kt qu thu c t cc quan sat nh sng phn tn vo khng kh.

Kt qu bc x phn tn ngc trong cnh o c c t qu trnh sau y:

Trng thm nhp vo mng bc v kch thch cc trng cng hng b mt kim

loi- khng kh. Trng thm nhp ny quay tr li thng qua mng kim loi v c

nhn vi 2

210

pt vy nn nh sng tn x quay ngc tr li nh [3.10]:

xk k k

0124

2 2

0

14 W , ,p i s

back

dIt s k

i d c

(3.7)

(3.8)

Bo co cng ngh Nano

Page 16

Hnh 3.9. SP vi vector sng 0zk l tn x khng khng c s thay i gi tr: tn x

nh hng.

Hnh 3.10. Hnh mnh ha tn x nh hng ca phonemetic.

Phng trnh ny hin th 2 yu t tng cng, mt l u vo, hai l cho nh sng tn

x.

y l kt qu tng t c tm thy trong cc tnh ton sau ny ca thuyt

SERS, s khc bit l c nh sng phn tn b tn tht nng lng nh bng

cch kch thch qu trnh chuyn i v Raman. Nhng iu ny lin quan n tn x

n hi.

Bo co cng ngh Nano

Page 17

Hnh 3.11. Vng nh sng pht ra t SPs ngc tr li tn thch anh. SPs c tn

x xuyn qua b mt phim bc mng. y l hnh nh chp trc tip trn phim. T

[3.10]

Trng tn x ngc tr li c xc nh bi cc yu t truyn dn ngc

Fresnel 210 thay bng 012, trong c mu s cng hng do r21=-r12 , xem 2.17, do

cng tng i ca n l t l thun vi 4

01 12 1 11 exp( 2 )zr r i k d

. So snh cng

tn x tng ng vo khng kh (3.1) vo bn trong thy tinh, ngi ta thy rng

cc hm ,W v 2

( )s k l khng ging nhau. La chn iu kin th nghim

c bit, tha mn c hai v cng , quan st v tnh ton, tm ra [3.10].

Ngoi ra nh sng phn x ny c tng cng nh vo b rng cng hng kh

hp, t nht l trong bc, do , rng gc l vng trn.

V d, ti =5500 , 1 0.5 , 1 12 th kt qu l 310 rad.

3.4. g gh v mc g gh ca b mt

3.4.1. g gh bn mt

g gh b mt l tng c gi thit l cc lng cc bc x cung cp

bi phn cc hin ti c phn b trn mt b mt (gi s b mt z = 0 trong Hnh

2.34). Tuy nhin g gh c th l do l do khng ng nht vi s lng ln c th

m t nh s bin thin theo khng giam ca hm in mi 1():

1 1 1( , , ) ( , , )x y z x y z (3.10)

Vi 1 l hm in mi trung bnh v 1 l s bin thin ca 1 .

Mt nghin cu chi tit v l thuyt cho thy rng khi lng phn tn thnh phn z

ca lng cc W: Wz c thay th bi ' '/z z zW W do iu kin tnh lin tc ti bin

ca trng 'z z zD E lm vic vi bc sng l 0

5000 A i vi bc

1( ) 9.4 0.37i s khc bit ln l '

zW trong trng hp ca b mt phn tn vi 11/2 2 2 / cosnxk c

(3.8)

Bo co cng ngh Nano

Page 18

' 1 v lng phn tn vi ' 9.4 . S khc bit c th nh hng mnh ti t s

0 0( 90 / ( 0 ) /p sI I I I c xc nh vi 090 . tnh ton t s

2

2

'

1

t

11 t

p

s suft

I g

Ig

2

'

1

1p p

s s suft

I I

I I

(3.11)

D liu c quan st trong Hnh 3.12 c chng minh rng nh sng to ra

trn b mt g gh. Ngoi ra th Hnh 3.12 a chng minh c rng gi tr /p sI I

khng th bng khng vi 00 .Nguyn nhn l do lch ca s phn tn a dng

ca SPs, n xc nhn rng bi s quan st cng ngh gia tng vi 2 [ 3.21]

Hnh 3.12. T s 0 0( 90 / ( 0 )I I ti = 90 hoc /p sI I l th nh hm ca

c o da theo trc z, cho b mt (s) v khi lng phn tn chiu di bc sng

(s). D liu th nghim ph hp vi khi nim s phn tn b mt xc nhn rng bc

x v hng SPs l do pht x nh sng.[ 3.2, 3].

Kt qu th nghim chng minh c bc x v hng SPs tng tc vi g gh

b mt.

Bo co cng ngh Nano

Page 19

3.4.2. Mc g gh v bc x SPs

H thc phn tn ca bc x nm bn tri ca nh dng nh sng SPs, th

hin Hnh 2.2. Bt u ti vi p v tng n khong 1

2 1.

22

1[1

2 2

p xp

p

k d k

k

(3.12)

S gim ca n tng dn vi

221

2

x x

p

k k

k

(3.13)

Xem [2.3b]. Cc c tnh trong Hnh 2.2.

S gim dn l do cc bc x nh sng t cc bc x SPs c kt trc tip vi cc

photon nm bn trong nn nh sng, ca SPs l ng nht vi ca nh sng.

Cc bc x SPs quan st c trong truyn ti mt tm phim bc mng nhng qut

tn s nh sng phn cc p, cho 3.8ph h eV cho thy s kch thch cng hng

ca bc x SPs [ 3.22]. Tm phim c xu hng nghing v hng ngc vi hng

ca chm tia n, cc thnh phn Ez ca vector E ca nh sng (theo trc z ca tm

phim) c th kch thch cc bc x SPs. N tng ng vi ch tn s cao +ca

bc x v hng SPs.

Hnh 3.13 S b tr th nghim quan st plasma hp th cng hng v

pht.[2.3b]

Cc mode cng c quan st thy trong s phn x. Nu mt chm nh sng ti

phn cc p trn tm phim bc di mt gc 0 c hy vng l gng phn nh mt

chm ti 0. Tuy nhin cc th nghim cho thy rng ngoi bc x c pht hin

Bo co cng ngh Nano

Page 20

trong mt khu vc gc ln nu tn s p . Li gii thch c a ra trong Hnh

2.2: mt s lin tc ca vector g gh phn phi cc pht x nh sng bn trong

nn nh sng, do mi quan h tn sc nm ngang p , x zk k .

Cc nghin cu chi tit ca hin tng ny c kt qu, g gh l do khi lng

hoc g gh bn trong: nhng cn nhc l thuyt cho thy rng trong trng hp

ny thnh phn z ca W( ) c thay th bi thnh phn chnh ' '1W( ) W( ) / cho

d '1 rt nh ti p . iu ny c h qu l (a) cng phn tn /p sI I ra ngoi

nh mt hm ca 4

'1/ m n to ra mt mnh nht ti p cc quan st trong

[3.24, 25], Hnh 3.14 nhn thy rng s phn b gc ca nh sng tn x ch yu l

xc nh bi mt lng cc b mt theo phng z. Theo t s /p sI I ca cng nh

sng phn cc p v cng nh sng phn cc s nh mt hm f0 c gc quan st

c gi tr ln hn tn x b mt [ 3.16].

Hnh 3.14 Cng nh sng phn tn (bc x) SPs xung quanh tn s Plasma

(32500

A ) bc (dy 500 0

A ) 00 30 .

C hai s ph thuc cng nh hm ca cng nh phn b gc ca n l ph

hp vi cc khi nim v mc g gh cho bc x pht ra.

Bo co cng ngh Nano

Page 21

3.5. o g gh b mt bng ng knh hin vi in t

Cc gi tr gi tr cao trn tm phim bc t trn nn thy tinh hoc thch anh

thu c tn sc nh sng c th iu khin trc tip. ng dng ca ng knh hin vi

in t c phn gii 1 vung gc vi b mt v trn b mt gi tr khong 10 .

Tha nhn rng g gh b mt 5 t phng php tn sc nh sng. Nh hnh

sau:

Hnh 3.15a Hnh nh ng knh hin vi ca tm phim bc b bc hi c dy 500 .

Dc theo theo dng ng l khng thay i. T l v b rng theo trc z v x c

ch ra. Cc ng khc nhau theo trc y c khong cch l 5-10 . Cc on lp li

c tng quan vi nhau khong 250 . Phn hin th vng c mn thng 5-10

(hnh a), xen k vi vng nh hn 5 (hnh b). Vng ln rt mn (hnh c).

Bo co cng ngh Nano

Page 22

3.6. g gh b mt trn mt phng dn sng

Nh cp trong mc 2.6. Phng php ATR c th c s dng kch

thch cc mode trong ng dn sng. Khi s cng hng sy ra, s kch thch c th

nhn ra bi s phn x nh sng nh nht hoc s tn sc nh sng ln nht qua b

mt, xem Hnh 3.1. Mt nghin cu chi tit cho thy rng ngun gc ca s bc x

nh sng trn b mt l c bn. S c lng v vic phn chia gc ca s tn sc nh

sng c cp trn. Cc gi tr = 40-50 c lp vi v = 500 . Cc

tc gi ch ra rng cc trng trong mt ng dn sng c cc gi tr cc i m khng

c trong cc b mt nhng c nhiu hn bn trong. Vy n c th rng s u tin

cho vic tnh sp x l ph hp hn cho cc b mt g gh hn vi nhng mode nh

sng SPs. K qu c h tr bi s tnh ton v quan st v tr v mt na rng

ca cc mode s dng xp x tuyn tnh.

Bo co cng ngh Nano

Page 23

Hnh 3.16 o ng cong phn nh ti mt h thng lp: thch anh / bc / LiF sn

xut bi s cng hng kch thch ca cc mode ng dn sng phng khc nhau trong

LiF: TE0-TE3 v TM0-TM4. T [3.27].

Mt v d cho s quan st cc ng phn x ca mt lp c gii thiu cho

cc mode khc nhau hnh 3.16. ng hp nht thuc v mode s hay l mode TE,

ng rng nht thuc v mode p hay TM mode. S khc nhau ny bt ngun t cc

thuc tnh: cc trng ca mode p thm nhp su hn vo kim loi hn l cc trng

trong mode s, v vy chng c hp thu mnh m hn na. Mt s quan st ca cc

gi tr 0 v 01/2

, v tr v na rng ca s cng hng nh nht, v tnh ton cc

gi tr trong Bng 3.3.

Bng 3.3 So snh gia s liu thc nghim v phc tp ca cc cng hng cho cc

mode s bc sng 0

5309 A ;c ngha l d liu c tnh ton phc tp vi s

phn k chm tia laser ca 0.03.

S tn sc nh sng th hin qua ng dn sng phng c dy 0.65. nh mong i

trong mc [3.28], chng c mt cht mn hn phim thch anh LiF trong mi trng

khng kh/thy tinh. Mt kt qu tng t cho hng dn sng vi cc b mt sng

hnh Sin [3.29].

3.7. Tng cng s n hi ca tn x nh sng (tn x Brillouin)

Nhit kch thch sng m b mt to ra gn sng trn b mt ca cc vt liu

khc nhau, cc thnh phn truyn dn ca modes Rayleigh. Cc photon b mt vi tn

s R v vector sng Rq c quan st s dng nh sng tn x n hi ti cch t

dch chuyn (tn x Brillounin) [3.30]. Photon l loi c tn s 9 16 10Rv s c

vector sng Rq vo khong

1

310 Ao

v bc sng khong 310 Ao

. Plasmon b mt trn

b mt mn l tng khng c s bc x. Tuy nhin, khi sng Rayleigh c chuyn

Bo co cng ngh Nano

Page 24

qua lp SPs th sng b mt Rk q vi nng lng R c to ra. Cc vector

sng Rq c so snh vi nhng sng SPs (v d, SPs vi 5000A

o

hoc

2.5eV c 1

36 10 Ao

xk

), SPs c tn x trn nn nh sng, vi mi photon

Rq trn cc hng khc nhau, c nng lng thay i R (khong 10meV). Trong

cng hng cc i ca kch thch SP, s tng cng cc i ca nh sng pht ra

nh d kin. S g gh khng th trnh khi ca b mt thnh phn n hi c

tho lun chng ny.

Cc th nghim c thc hin vi nm php giao thoa ti co cc tn s sai lch b

vi tn s trung tm 10GHz ca thnh phn n hi v khng hi [3.31]. Khi ATR

ti thiu th hin s kch thch ti a, s n hi rt tt vi nh sng tn x n hi

cc i.

Bo co cng ngh Nano

Page 25

Ti liu tham kho

[1]. [Heinz_Raether] Surface Plasmon on smooth and rough.

[2]. Surface Plasmon Resonance in a Thin Metal Film.

[3]. Cc ti liu trc tuyn khc