®¹i häc quèc gia hµ néi
Tr- êng ®¹i häc khoa häc tù nhiªn
§ç V¨n Tuyªn
Kh¶o s¸t hiÖu øng ph¸t hßa ba bËc hai
trªn cÊu tróc nano kim lo¹i
LuËn v¨n th¹c sÜ khoa häc
Hµ néi - 2011
®¹i häc quèc gia hµ néi
Tr- êng §¹I HäC KHOA HäC Tù NHI£N
§ç V¨n Tuyªn
Kh¶o s¸t hiÖu øng ph¸t hßa ba bËc hai
trªn cÊu tróc nano kim lo¹i
Chuyªn ngµnh: Quang häc
M· ngµnh: 60 44 11
LuËn v¨n th¹c sÜ khoa häc
ng- êi h- íng dÉn khoa häc:
pgs.ts. NguyÔn ThÕ B×nh
§¹i häc Quèc gia Hµ Néi
Hµ néi - 2011
1
MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU....................................................................................................................3
CHƢƠNG I: CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC PHI TUYẾN........................................
1.1 Phương trình Maxwell trong môi trường phi tuyến……………………………..5
1.2 Các hiệu ứng quang phi tuyến…………………………………………...……...6
1.3 Sự đối xứng trong quang phi tuyến……………………………………………..7
1.4 Lý thuyết về SHG ............................................................................................... ..9
1.4.1 Nguyên lí cơ bản.. ........................................................................................ ..9
1.4.2 Hệ số siêu phân cực β (hyperpolarizability) ................................................ 14
1.4.3 Lý thuyết chung về sự tăng cường trường định xứ ................................................. 14
CHƢƠNG 2: LÝ THUYẾT VỀ SHG TRÊN CẤU TRÚC NANO KIM LOẠI
2.1 SHG từ các hạt nano làm từ vật liệu không đối xứng tâm ................................. 16
2.1.1. Lý thuyết chung……………………………………………………………16
2.1.2. Sự đóng góp khối………………………………………………………….20
2.1.3. Sự đóng góp bề mặt………………………………………………………..21
2.2. SHG từ các hạt nano làm từ vật liệu đối xúng tâm…………………...………22
2.2.1. Các hạt có hình dạng không đối xứng tâm…………………………...……22
2.2.2. Các hạt có hình dạng đối xứng tâm……………………..............…………26
2.2.3. Các hạt kim loại…………………………………………………...………27
2.2.4. Các đám hạt………………………………………………….……………30
CHƢƠNG 3. THỰC NGHIỆM KHẢO SÁT TÍN HIỆU SHG TRÊN CẤU
TRÚC NANO KIM LOẠI
3.1. Chế tạo hạt nano vàng (Au)...............................................................................33
3.2. Sử dụng, vận hành hệ đo SFG/SHG..................................................................36
3.2.1. Laser Nd:YAG PL2250................................................................................38
3.2.2. Bộ nhân tần H500………………………………………………………….39
3.2.3. Máy phát tham số quang học PG501/DFG………………..………………39
3.2.4. Giá đỡ mẫu phân tích…………………………………………...…………40
3.2.5. Máy quang phổ MS3504..............................................................................40
2
3.3. Lựa chọn sơ đồ kích thích thu tín hiệu SFG/SHG.............................................42
3.3.1. Lựa chọn sơ đồ kích thích thu tín hiệu SHG................................................42
3.3.2. Lựa chọn sơ đồ kích thích thu tín hiệu SFG................................................43
3.4. Một số kết quả thực nghiệm...............................................................................47
3.4.1. Kết quả khảo sát SHG từ dung dịch keo hạt nano Au trong ethanol.......... 47
3.4.2. Kết quả khảo sát SFG từ dung dịch keo hạt nano Au trong ethanol............48
KẾT LUẬN ........................................................................................................... 55
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
HRS: Tán xạ Hyper Raman (Hyper Raman Scattering)
SERS: Tán xạ Ramnan tăng cường bề mặt (Surface Raman enhanced Scattering)
SHG: Họa ba bậc hai (Simple harmonic generation)
SFG: phát tần số tổng (Sum frequency generation)
SP: Plasmon bề mặt (Surface plasmon)
SPP: Sự phân cực plasmon bề mặt (Surface plasmon polarization)
SPR: Cộng hưởng plasmon bề mặt(Surface plasmon resonance)
THG: Họa ba bậc ba (Third harmonic generation)