Плазмовий резонанс в ізольованих гранулах металів 3-ї групи та телуру - Автореферат

З появою електронної мікроскопії почалися інтенсивні дослідження оптичних властивостей гранульованих плівок, які, зазвичай, супроводжувались дослідженням структури цих плівок. Зараз зібрано обширний експериментальний матеріал про структуру та оптичні властивості гранульованих плівок, осаджених на гладкі поверхні прозорих підкладок. У осаджених на шорсткі поверхні підшару ZNS та монокристалів NACL та KCL гранульованих плівок металів крім звичайної смуги плазмового резонансу зявляється і високочастотна смуга. Можливе застосування гранульованих плівок у приладобудуванні та електрониці та недостатня вивченість оптичних властивостей високочастотної смуги поглинання вказують на актуальність проведеного в дисертації дослідження у галузі спектроскопія твердого тіла. розробити методику осадження гранульованих плівок, що утворюють двошарове покриття, верхній шар якого складається із невзаємодіючих одна з одною гранул з невеликим фактором заповнення;У першому розділі “Експериментальні та теоретичні дослідження плазмового резонансу гранульованих плівок металів осаджених на прозорі підкладки” наведений огляд теорій, які описують аномальне поглинання світла гранульованими плівками металів. Детально проаналізовані експериментальні дані щодо оптичних властивостей масивних зразків з алюмінію, індію, галію та телуру, а також оптичних властивостей гранульованих плівок цих металів, осаджених на гладкі підкладки. Наведений огляд робіт з вивчення впливу підкладки на оптичні спектри гранульованих плівок. На підставі огляду зроблений висновок про малу ступінь вивчення оптичних спектрів гранульованих плівок, осаджених на шорсткі підкладки, зокрема про природу високочастотної смуги.Максимуми цих смуг не залежать від ефективної товщини гранульованих плівок, тобто від розмірів гранул та від кута падіння світла на гранульовані плівки, що можливо лише за відсутності дипольної взаємодії між гранулами. Таким чином, частота максимумів високочастотних смуг плазмового резонансу дорівнює частоті власних коливань електронів в гранулах. Осадження додаткового шару діелектрика на вихідні гранульовані плівки алюмінію незначно змінює резонансну частоту ws та інтенсивність смуг плазмового резонансу, що можливо лише при невеликій зміні діелектричної сталої e0 оточуючого гранули середовища. Резонансна частота гранульованих плівок алюмінію описується рівнянням: де wp - плазмова частота, em - дійсна частина діелектричной сталої металу, з якого виготавлено гранули e0 - діелектрична стала середовища, яке оточує гранулу q - фактор заповнення a0 - радіус гранули, а - відстань між гранулами, S - множник w0 - частота власних коливань електронів у гранулі wy - частота, яка повязана з дипольною взаємодією гранул. У цих шарах і збуджуються незалежні одна від одної низькочастотна резонансна смуга з частотою ws та високочастотна смуга з частотою w0 власних коливань електронів в гранулах.З ростом ефективної товщини гранульованих плівок (розмірів гранул) інтенсивність обох смуг зростає. Однак, на відміну від низькочастотних смуг, високочастотні смуги з ростом розмірів гранул зміщуються у високочастотну область спектра. Так на гранулах гранульованих плівках алюмінію та індію можна бачити огранку - гранули є монокристалами. На прикладі телуру показано, що у тому випадку, коли смуга міжзонного поглинання лежить нижче від смуги плазмового резонансу, поведінка смуг плазмового резонансу така ж, як і поведінка смуг плазмового резонансу, що збуджуються у металах Для гранульованих плівок індію, нехтуючи дисперсією діелектричної сталої вперше оцінено внесок дипольної взаємодії між гранулами у частоту ws плазмового резонансу .

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У дисертаційній роботі розвязана задача експериментального отримання спектрів поглинання гранульованих плівок металів третьої групи та телуру при осадженні їх на шорсткі поверхні монокристалів NACL та KCL в ультрафіолетовому, видимому та ближньому інфрачервоному діапазонах, розрахована плазмова частота цих матеріалів та встановленний вплив рельефу поверхні підкладок на структуру плівок та їх оптичні характеристики. Основні результати роботи викладені такими висновками: 1. Гранульовані плівки металів третьої групи та телуру, осаджені на шорсткі поверхні монокристалів NACL та KCL, складаються з двох шарів гранул. У спектрі поглинання таких гранул виявлено дві смуги плазмового резонансу.

2. З ростом ефективної товщини гранульованих плівок (розмірів гранул) інтенсивність обох смуг зростає. Однак, на відміну від низькочастотних смуг, високочастотні смуги з ростом розмірів гранул зміщуються у високочастотну область спектра. Це повязано зі зменшенням ефективної діелектричної сталої середовища, оточуючого гранули. Осадження додаткового шару діелектрика призводить до значного зменшення частоти максимуму цих смуг та зростання їх інтенсивності.

3. Частота максимумів високочастотних смуг не залежить від розмірів гранул досліджених гранульованих плівок. На відміну від низькочастотної смуги при похилому падінні світла на гранульовані плівки високочастотна смуга не розщеплюється на s- та p- складові. І те, і інше можливо лише за відсутності дипольної взаємодії між гранулами, тобто частота максимумів високочастотних смуг w0 є частотою власних коливань електронів у гранулі.

4. У алюмінія, галія, індія і телура в дослідженій області спектру до плазмових частот квантове поглинання відсутнє. За виміряними значеннями w0 та відомими величинами e0 розраховані плазмові частоти wp для цих металів. Ці значення добре збігаються з відомими величинами, які виміряні на суцільних зразках металооптичними методами.

5. Одночасно з виміром оптичної густини всіх досліджених гранульованих плівок металів третьої групи та телуру були проведені електронно-мікроскопічні дослідження, які дозволили зробити висновки про форму та розміри гранул. Так на гранулах гранульованих плівках алюмінію та індію можна бачити огранку - гранули є монокристалами. Гранули галію мають форму крапель внаслідок осадження переохолодженої рідини.

6. На прикладі телуру показано, що у тому випадку, коли смуга міжзонного поглинання лежить нижче від смуги плазмового резонансу, поведінка смуг плазмового резонансу така ж, як і поведінка смуг плазмового резонансу, що збуджуються у металах

7. Для гранульованих плівок індію, нехтуючи дисперсією діелектричної сталої вперше оцінено внесок дипольної взаємодії між гранулами у частоту ws плазмового резонансу . Для гранул індію, що оточені хлористим натрієм wу=5.17-5.54Ч1015, с-1, у гранул індію, що оточені хлористим калієм wу=5.6-5.87Ч1015

8. За виміряними частотам власних коливань електронів вихідних гранульованих плівок галію і індію та розрахованим плазмовим частотам цих металів знайдені ефективні значення діелектричної сталої середовища, яке оточує гранули та фактора пористості a, який змінюється у межах від 0.3 до 0.6.

9. Вперше виявлена анізотропія смуг плазмового резонансу у гранулярних плівках індію, осаджених на спеціально виготовлені підкладки - шорсткі поверхні монокристалів NACL та KCL. Згідно з даними електронно-мікроскопічних досліджень, гранули індію осіли у вигляді ланцюжків, відстань між якими більша за відстань між гранулами у ланцюжку, що й спричиняє анізотропію смуг плазмового резонансу.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗДОБУВАЧА ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Бондаренко Ю.Ю., Макаровский Н.А., Шкляревский И.Н.. Плазменный резонанс гранулярных пленок индия, осажденных на шероховатые поверхности монокристаллов NACL и KCL.// Журн. прикл. спектр. -1998.- Т.65, №5, С. 799-803

2. Шкляревский И.Н., Бондаренко Ю.Ю., Макаровский Н.А.. Собственные колебания электронов в гранулярных пленках индия, осажденных на шероховатые поверхности монокристаллов NACL и KCL//Опт. и спектр.- 2000.-Т.88, №4, С.542-547

3. Шкляревский И.Н., Бондаренко Ю.Ю., Макаровский Н.А.. Собственные колебания электронов в гранулярных пленках аллюминия, осажденных на шероховатые поверхности монокристаллов NACL и KCL//Журн. прикл. спектр.- 1999.- Т.66, №6, С. 847-850

4. Шкляревский И.Н., Бондаренко Ю.Ю., Макаровский Н.А.. Плазменный резонанс в гранулярных пленках галлия, осажденных на шероховатые поверхности монокристаллов NACL и KCL// Опт. и спектр.- 2000.- Т.88, №4, С.547-547

5. Шкляревский И.Н., Бондаренко Ю.Ю., Макаровский Н.А. Собственные колебания электронов в гранулах Те. Плазменная частота Те.// ФНТ.- 1999.- Т.25, №10, С.1052-1055

6. Макаровский Н.А., Бондаренко Ю.Ю. Особенности структуры и плазменного резонанса гранулярных пленок индия, осажденных на шероховатые поверхности KCL/ Физические явления в твердых телах// Материалы 3-й международной конференции.- Харьков, 1997.-С.74

Размещено на .ru