Реферат: Морфологические характеристики ПС и их взаимосвязь с оптическими свойствами
Таблица 3
Коэффициенты
линейной корреляции между параметрами спектров оптической плотности и
параметрами шероховатости поверхности отожженных пленок серебра
Hmax
A
B
Dist
Hreal
Hreal/A
Hreal/B
A/B
λmax
Dmax·(Δλ/2)
Dmax
Δλ/2
Dmax/(Δλ/2)
Hmax
1,000
0,556
0,713
0,043
0,942
0,833
0,354
-0,220
0,060
-0,135
0,087
-0,161
0,072
A
0,556
1,000
0,287
0,308
0,488
0,161
0,665
0,526
0,165
0,138
0,089
0,084
0,023
B
0,713
0,287
1,000
-0,223
0,627
0,606
-0,101
-0,657
-0,215
-0,497
-0,092
-0,390
0,056
Dist
0,043
0,308
-0,223
1,000
0,221
-0,010
0,699
0,456
-0,140
0,010
0,906
-0,554
0,838
Hreal
0,942
0,488
0,627
0,221
1,000
0,913
0,455
-0,186
0,019
-0,169
0,278
-0,310
0,282
Hreal/A
0,833
0,161
0,606
-0,010
0,913
1,000
0,230
-0,418
0,002
-0,202
0,143
-0,264
0,147
Hreal/B
0,354
0,665
-0,101
0,699
0,455
0,230
1,000
0,646
-0,049
0,203
0,571
-0,199
0,318
A/B
-0,220
0,526
-0,657
0,456
-0,186
-0,418
0,646
1,000
0,231
0,489
0,161
0,354
-0,012
λmax
0,060
0,165
-0,215
-0,140
0,019
0,002
-0,049
0,231
1,000
0,871
-0,043
0,728
-0,373
Dmax·(Δλ/2)
-0,135
0,138
-0,497
0,010
-0,169
-0,202
0,203
0,489
0,871
1,000
0,088
0,727
-0,410
Dmax
0,087
0,089
-0,092
0,906
0,278
0,143
0,571
0,161
-0,043
0,088
1,000
-0,604
0,810
Δλ/2
-0,161
0,084
-0,390
-0,554
-0,310
-0,264
-0,199
0,354
0,728
0,727
-0,604
1,000
-0,830
Dmax/(Δλ/2)
0,072
0,023
0,056
0,838
0,282
0,147
0,318
-0,012
-0,373
-0,410
0,810
-0,830
1,000
Таблица 4
Факторные
нагрузки для оптических параметров ипараметров
шероховатости поверхности пленок серебра
Факторные
нагрузки
Метод
главных компонент
Фактор
Фактор
Фактор
Фактор
1
2
3
4
λmax, нм
-0,352
0,044
-0,135
-0,885
Dmax·(Δλ/2) , нм
-0,31
-0,28
0,11
-0,85
Dmax
0,97
0,06
0,03
0,02
Dmax
/D2
-0,830
-0,228
0,072
-0,462
Dmax/(Δλ/2) , нм-1
0,8748
0,0687
-0,0441
0,3448
Hmax, нм
0,0
1,0
0,2
0,1
A
0,0
0,4
0,9
-0,2
B
0,1
0,9
0,0
-0,1
Dist
0,9
-0,1
0,3
0,2
Hreal, нм
0,1
0,9
0,1
0,2
Hreal/A
-0,01
0,89
-0,17
0,24
Hreal/B
0,36
0,20
0,80
0,19
A/B
-0,07
-0,50
0,84
0,02
Рис. 3. График собственных
значений факторов, связывающих оптические свойства ПС с параметрами их
поверхности.
Рис. 4. Двумерный график факторных нагрузок для факторов,
связывающих оптические свойства ПС с параметрами их поверхности.
Установленная нами
взаимосвязь между структурой поверхности ПС и их спектрами оптической плотности
может быть объяснена следующими соображениями. Рост (в ходе отжига) довольно
больших (~45x65 нм) островков
как результат самоорганизации кластеров и реорганизации однородной части пленки
ведет к почти 10-кратному увеличению R - главной характеристики
шероховатости. Это, в свою очередь, способствует синему сдвигу спектра
оптической плотности, который определяется, в основном, спектром возбуждения
поверхностных плазменных резонансов (плазмонов). Важным следствием структурной
реорганизации пленки является значительное увеличение расстояния между
соседними частицами серебра на поверхности пленки, поэтому они оказываются
более изолированными. В результате диполь- дипольные взаимодействия между этими
частицами становятся более слабыми, нежели ранее. Это и определяет, в основном,
полуширину спектра оптической плотности ПС.
Четвертая стадия отжига
характеризуется процессом унификации формы частиц. Этот процесс также влияет на
сужение спектра оптической плотности..
ВЫВОДЫ
Параметры спектров
оптической плотности ПС находятся в хорошей корреляции с данными по
шероховатости их поверхности, полученными методом АСМ. Основными
характеристиками, определяющими эту корреляцию, являются расстояние между
частицами серебра Dist, а также
коэффициент их формы R, равный отношению высоты (Hreal) к поперечному размеру (B) (R = Hreal/B). Наиболее коррелируют: максимальное
значение оптической плотности с расстоянием между островками (коэффициент
корреляции 0,95) и коэффициентом формы островков R (0,76); параметр
спектра оптической плотности Dmax/(Dl/2) с
расстоянием между островками (0,93) и коэффициентом формы островков R
(0,68); полуширина полосы оптической плотности с расстоянием между островками
(-0,79).
ЛИТЕРАТУРА
1. Набиев
И.Р., Ефремов Р.Г. Cпектроскопия гигантского комбинационного рассеяния и ее
применение к изучению биологических молекул / ВИНИТИ.- М., 1989.- 132 c. (Итоги
науки и техники. Серия “Биоорганическая химия”, T.15).
2. Nabiev I.R., Sokolov K.V., Manfait M.. Surface-enhanced Raman spectroscopy and its biomedical
applications // Biomolecular
spectroscopy
/ Eds. R. J. H. Clark,
R. E. Hester.- London: Wiley, 1993.- P. 267-338.
3. Maskevich S.A., Gachko G.A., Zanevsky
G.V., Podtynchenko S.G. Using of heat treament silver island films to get the
SERS spectra of adsorbed molecules //
Proc. XIV Int. Conf. Raman Spectr. / Ed. Nai-Teng
Yu.-New York: Jon Wiley & Sons, 1994.- P.644-645.
4.
Feofanov A., Ianoul A., Kryukov E., Maskevich S., Vasilyuk G., Kivach L. and Nabiev I. Nondisturbing and Stable SERS-Active Substrates with Increased
Contribution of Long-Range Component of Raman Enhancement Created by
High-Temperature Annealing of Thick Metal Films// Anal. Chem.- 1997.-V.69.-Р.3731-3740.
5. Schlegel
V.L., Cotton T.M. Silver-island films as substrates for enchanced Raman
scattering: effect of deposition rate on intensity// Anal. Chem.- 1991.- V.63,
№ 3.- P. 241-247.
6.
Semin D.J.,
Rowlen K.L. Influence of vapor deposition parameters on SERS active Ag films morphology
and optical properties// Anal. Chem.- 1994.- V.66, № 23.- P.4324-4331.
7.
Van Duyne R.P.,
Hultee J.G., Treihel D.A. Atomic force microscopy and surface-enchanced Raman
spectroscopy. I. Ag island films and Ag films over polymer nanosphere surfaces
supported
on glass// J. Chem. Phys.- 1993.- V.99, № 3.- P.2101-2115.
8.
Шалаев
В.М., Штокман М.И. Оптические свойства фрактальных кластеров (восприимчивость,
гигантское комбинационное рассеяние на примесях) //
ЖЭТФ.-1987.-Т.92.-С.509-521.
9.
Schlegel
V.L., Cotton T.M. Silver-island films as substrates for enchanced Raman
scattering: effect of deposition rate on intensity// Anal. Chem.- 1991.- V.63,
№ 3.- P. 241-247.
10. Semin D.J., Rowlen K.L.
Influence of vapor deposition parameters on SERS active Ag films morphology and optical
properties// Anal. Chem.- 1994.- V.66, № 23.- P.4324-4331.
11. Van Duyne R.P., Hultee
J.G., Treihel D.A. Atomic force microscopy and surface-enchanced Raman
spectroscopy. I. Ag island films and Ag films over polymer nanosphere surfaces
supported on glass// J. Chem. Phys.- 1993.- V.99, № 3.- P.2101-2115.
12. Feofanov A., Ianoul A., Kryukov E., Maskevich S., Vasilyuk G., Kivach L. and Nabiev I. Nondisturbing and
Stable SERS-Active Substrates with Increased Contribution of Long-Range
Component of Raman Enhancement Created by High-Temperature Annealing of Thick
Metal Films// Anal. Chem.- 1997.-V.69.-Р.3731-3740.
13. Маскевич С.А., Свекло И.Ф., Феофанов
А.В., Януль А.И., Олейников В.А., Громов С.П., Федорова О.А., Алфимов М.В.,
Набиев И.Р., Кивач Л.Н. ГКР-активные субстраты , полученные путем
высокотемпературного отжига тонких серебряных пленок: сравнительное изучение с
использованием атомно-силового микроскопа и ГКР спектроскопии // Оптика и спектр.-1996.-Т.81,
№1.-С.95-102.
14. Dehong L., Zhiai C.,
Yongzhang L. Surface enchanced Raman scattering from microlithographic silver
surfaces// Chinese Phys. Lasers.- 1987.- V.14.- P.429-434.