|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
LỊCH SỬ CÔNG NGHỆ, CÔNG NGHỆ, ĐỐI TƯỢNG QUA CHÚNG TÔI
Kính hiển vi trên bề mặt plasmon. Lịch sử phát minh và sản xuất
Cẩm nang / Lịch sử của công nghệ, kỹ thuật, các đối tượng xung quanh chúng ta Thông thường, không thể quan sát được các vật thể có độ dày angstrom bằng ánh sáng khả kiến. Tuy nhiên, có một chiếc kính hiển vi cho phép bạn làm điều này. Giới hạn khả năng phân giải của kính hiển vi được xác định bởi hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng. Nhiễu xạ là sự bẻ cong của sóng xung quanh chướng ngại vật. Theo nghĩa rộng hơn, bất kỳ sự sai lệch nào trong quá trình truyền sóng so với các định luật quang học hình học. Trong trường hợp của kính hiển vi, nhiễu xạ xác định khoảng cách tối thiểu giữa hai điểm sáng mà tại đó chúng ta sẽ thấy chúng trong kính hiển vi là hai chứ không phải một. Sau một số tính toán, hóa ra khoảng cách tối thiểu mà tại đó có thể xác định được hai điểm sáng sẽ ở mức bằng một nửa bước sóng ánh sáng mà chúng phát ra. Do đó, đối với bức xạ ở bước sóng 630 nm, người ta có thể tin tưởng vào việc phân giải các vật thể có kích thước không lớn hơn 315 nm. Nhưng hiện tượng nhiễu xạ có thể được nhìn từ một góc độ khác. Được biết, ánh sáng là dòng photon, hạt lượng tử. Chính cơ học lượng tử sẽ giúp chúng ta hiểu cách thu được độ phân giải vượt xa giới hạn nhiễu xạ. Thực tế là hệ thức bất định kết nối hai vectơ, động lượng của hạt và vectơ bán kính của nó. Như SI viết Valyansky trong Tạp chí Giáo dục Soros: "Bây giờ nếu chúng ta hỏi sự bất định trong định nghĩa động lượng, thì do đó chúng ta đưa ra sự bất định đó trong định nghĩa tọa độ của một vật lượng tử, mà chúng ta không thể giảm được nữa. Điều này cho chúng ta một khối lượng nhất định trong không gian tọa độ. Giả sử nó là một khối lập phương nào đó có thể tích đã biết. Nhưng không ai cấm chúng ta biến dạng nó mà không thay đổi thể tích của nó và do đó không vi phạm mối quan hệ bất định tổng quát. Và chúng ta biến khối này thành một chiếc bánh kếp mỏng, có diện tích lớn diện tích nhưng có độ dày nhỏ. Nếu lượng tử di chuyển theo hướng song song với mặt phẳng của chiếc bánh kếp này, thì do tính không chắc chắn lớn về vị trí của nó trong mặt phẳng của chiếc bánh kếp, nên có thể đạt được độ chắc chắn khá lớn trong hình chiếu của động lượng lên mặt phẳng này. Đồng thời, chúng ta thu được sự định vị khá cao của lượng tử theo hướng vuông góc với mặt phẳng này, nhưng có độ không đảm bảo rất lớn trong hình chiếu của động lượng theo hướng này. Như vậy, độ chính xác của việc xác định hướng chuyển động của lượng tử trong mặt phẳng song song với mặt phẳng của chiếc bánh kếp có liên quan trực tiếp đến độ dày của chiếc bánh kếp này. Nói cách khác, thể tích của chiếc bánh kếp càng mỏng thì chúng ta càng có thể đo hướng chuyển động của lượng tử trong mặt phẳng của chiếc bánh kếp một cách chính xác hơn. Vì vậy, hóa ra là chúng ta có thể xác định chính xác một trong các hình chiếu của vectơ bán kính và một trong các hình chiếu của động lượng. Chỉ có những hình chiếu này là vuông góc với nhau." Nhưng làm sao có thể áp dụng lý thuyết vào thực tế? Thật vậy, để làm việc với các dòng lượng tử lớn được định vị trong một lớp mỏng, chúng cần phải lan truyền khá tốt trong lớp mỏng này, vì chúng ta muốn tạo vùng định vị của chúng theo hướng vuông góc với chuyển động của chúng có kích thước nanomet. .
Đây là nơi plasmon đến giải cứu. Plasmon là các giả hạt (lượng tử) sinh ra từ sự dao động của các electron dẫn so với các ion. Đối với chất rắn, chẳng hạn như kim loại, đây là những dao động của các electron dẫn so với lõi ion của tinh thể. Chúng được gọi là giả hạt để phân biệt chúng với các hạt lượng tử thực - electron, proton, neutron, v.v. Sự khác biệt của chúng nằm ở chỗ nếu bạn nung nóng một kim loại để nó biến thành khí của các nguyên tử ban đầu cấu thành nên nó, thì sẽ không có plasmon ở đó. Chúng chỉ tồn tại khi có toàn bộ kim loại.
Trong tương lai, chúng ta sẽ quan tâm đến lượng tử trường điện từ liên quan đến dao động của điện tích bề mặt khi không có trường kích thích. Bằng cách tương tự với các plasmon thông thường, các quasiparticles được giới thiệu - plasmon bề mặt (SP). Vùng định vị của chúng nằm gần giao diện nơi định vị các điện tích bề mặt. Năm 1902, nhà quang học người Mỹ Robert Wood đã phát hiện ra sự thay đổi cường độ của chùm ánh sáng khúc xạ trên một cách tử. Đây là quan sát thử nghiệm đầu tiên về plasmon bề mặt trong phạm vi quang học. Nhưng điều này chỉ được hiểu vào năm 1941, khi nhà vật lý lý thuyết người Ý Ugo Fano giải thích được những dị thường của Wood. Chỉ đến cuối những năm 1960, Andreas Otto mới áp dụng những ý tưởng được phát triển trong các công trình của nhà vật lý người Đức vào sóng điện từ trong phạm vi quang học. Ông đã xây dựng các điều kiện để có thể kích thích sóng PP trên các bề mặt nhẵn và chỉ ra phương pháp kích thích chúng trong phạm vi bước sóng quang học. Vì vậy, con đường đã được mở ra cho nghiên cứu thực nghiệm về plasmon bề mặt trong phạm vi quang học. Năm 1971, ba năm sau công trình của Otto, Erwin Kretschmann đề xuất một sơ đồ khác để kích thích các plasmon bề mặt trong phạm vi quang học. Trong hình học Kretschmann, một màng dẫn điện mỏng trên bề mặt mà các plasmon bề mặt bị kích thích sẽ được lắng đọng trực tiếp lên lăng kính mà chúng bị kích thích. Năm 1988, Wolfgang Knohl và Benno Rothenhäusler đề xuất sử dụng plasmon bề mặt cho kính hiển vi. Họ đã trình diễn một mô hình hoạt động của một chiếc kính hiển vi trong đó các plasmon bề mặt được kích thích bằng cách sử dụng sơ đồ Kretschmann để nghiên cứu một lưới được chế tạo đặc biệt với các thông số đã biết. Kết quả ấn tượng đến mức thiết bị mới này sớm bắt đầu được sử dụng trong vật lý, hóa học, sinh học và công nghệ. Nhiều nhà nghiên cứu đã tìm đến thiết bị này vì thiết kế đơn giản và độ phân giải cao.
Thiết kế của kính hiển vi plasmon bề mặt dựa trên sơ đồ kích thích plasmon bề mặt bằng phương pháp Kretschmann. S.I. Valyansky: “Một màng kim loại mỏng được dán lên mặt cạnh huyền của một lăng kính tam giác chữ nhật. Nó được chiếu sáng từ một phía của lăng kính bằng ánh sáng phân cực tuyến tính đơn sắc có độ phân kỳ nhỏ hơn một nửa độ rộng của đường cong cộng hưởng đối với một bộ phim nhất định. Hơn nữa, vectơ phân cực nằm trong mặt phẳng tới của ánh sáng - cái gọi là ánh sáng phân cực P. Ánh sáng phản xạ từ phim chạm vào một ma trận quang, tín hiệu từ đó được xử lý bởi máy tính. Chúng ta nhớ lại rằng độ phân giải trong mặt phẳng của phim là vài micron.Do đó, một kính thiên văn được đặt giữa lăng kính và ma trận quang trên đường đi của ánh sáng, mở rộng chùm tia để ánh sáng phát ra từ vùng micron của phim, thu được một số phần tử của ma trận quang. Đây là một trong những sơ đồ đơn giản của kính hiển vi plasmon bề mặt, nhưng không phải là sơ đồ duy nhất. Có một số lượng lớn các sửa đổi của chúng, thuận tiện cho việc giải quyết các vấn đề cụ thể. Kính hiển vi plasmon bề mặt hoạt động như thế nào? Các điều kiện để kích thích cộng hưởng của plasmon bề mặt không chỉ phụ thuộc vào tính chất của màng kim loại trên bề mặt mà chúng bị kích thích mà còn phụ thuộc vào tính chất điện môi của môi trường mà màng này tiếp giáp. Bất kỳ màng mỏng nào trên bề mặt kim loại đều có thể được biểu diễn dưới dạng sự thay đổi cục bộ về tính chất điện môi của môi trường bên ngoài. Và điều này ngay lập tức ảnh hưởng đến tình trạng kích thích cộng hưởng của các plasmon bề mặt ở nơi này. Nói cách khác, đường cong cộng hưởng dịch chuyển ở vị trí này so với đường cong của màng thuần túy đến vùng có góc lớn. Điều này có nghĩa là nếu chúng ta điều chỉnh kính hiển vi của mình theo một góc tương ứng với sự kích thích tối ưu của plasmon bề mặt đối với màng kim loại nguyên chất, thì ở những nơi đặt vật đo, cường độ ánh sáng phản xạ sẽ lớn hơn và càng lớn. độ dày của mảnh này." Kính hiển vi không phản ứng với độ dày mà phản ứng với những thay đổi trong một tham số phụ thuộc vào hằng số điện môi và độ dày của vật được đo. Thành phần chính của toàn bộ thiết bị là một màng kim loại mỏng. Độ phân giải của toàn bộ thiết bị phụ thuộc vào sự lựa chọn chính xác về độ dày và chất lượng của nó. Sự kích thích của plasmon bề mặt không xảy ra ở bất kỳ góc tới cụ thể nào mà ở một tập hợp các góc. Nếu chúng ta nhớ rằng một tập hợp các góc tương ứng với một tập hợp mô men photon thì mọi thứ sẽ trở nên rõ ràng. Lý do cho điều này là thời gian tồn tại hữu hạn của plasmon bề mặt. Độ phân giải của kính hiển vi sẽ càng tốt khi khoảng cách lan truyền của PP càng lớn. Nếu tốc độ lan truyền của nó là cố định thì trong thời gian tồn tại ngắn hơn, nó sẽ lan truyền trên một khoảng cách ngắn hơn. Và rõ ràng là do sự hấp thụ và tán xạ trên độ nhám của màng kim loại nên độ dài đường đi chỉ có thể giảm đi. Tuy nhiên, không chỉ bề mặt màng chịu trách nhiệm về tuổi thọ của plasmon bề mặt mà còn cả tính chất khối của nó. Hằng số điện môi của kim loại có phần thực và phần ảo. Do sự hiện diện của cái sau, năng lượng điện từ bị hấp thụ và do đó, tuổi thọ của plasmon bề mặt giảm đi. Vì vậy, để tăng độ phân giải của kính hiển vi, cần phải lấy một kim loại có hằng số điện môi tưởng tượng nhỏ nhất. Kim loại này là bạc. Tuy nhiên, nhược điểm là màng bạc xuống cấp nhanh chóng, bị oxy hóa trong khoảng một tuần. Nhưng khó khăn này đã được khắc phục bằng cách phát triển một phương pháp bảo vệ bề mặt màng bạc. Nếu màng kim loại mỏng, thì ranh giới gần của lăng kính sẽ dẫn đến thực tế là các plasmon bề mặt sẽ phân rã và biến thành bức xạ khối hơn là duy trì sự kích thích bề mặt, nghĩa là thời gian tồn tại của nó sẽ ngắn. . Vì lý do tương tự, phần năng lượng dùng để tạo ra plasmon bề mặt sẽ nhỏ. Rõ ràng, nếu độ dày của màng kim loại quá lớn thì gần như toàn bộ năng lượng của sóng điện từ kích thích sẽ bị hấp thụ trong thể tích của màng, không chạm tới bề mặt của nó. Và bộ phim sẽ hoạt động giống như một tấm gương. Đương nhiên, có độ dày tối ưu cần được xác định. Hiệu ứng này được sử dụng khá rộng rãi như một phương pháp nghiên cứu các lớp chuyển tiếp và màng mỏng khác nhau. Đây là lĩnh vực ứng dụng chính của nó. Kính hiển vi ban đầu được thiết kế để quan sát sự sắp xếp của các màng đơn phân tử định hướng tại thời điểm chúng hình thành trên bề mặt chất lỏng và trong quá trình chúng chuyển sang chất nền rắn. Một lĩnh vực ứng dụng khác là sinh học, quan sát trực tiếp các vật thể sinh học. Trong trường hợp này, điều quan trọng không phải là độ phân giải độ dày cao của kính hiển vi mà là độ phân giải cao của các vật thể có cấu trúc bên trong được xác định bởi các phần tử có những thay đổi nhỏ trong hằng số điện môi. Thông thường, các nhà sinh học tiêm một chất lỏng tương phản để quan sát vật thể của họ, sau đó chúng có thể được quan sát. Kính hiển vi plasma cho phép bạn quan sát chúng mà không cần những thủ thuật này. Ví dụ, sử dụng kính hiển vi như vậy có thể phân biệt được ranh giới giữa tế bào chất và thành tế bào trong môi trường nước. Kính hiển vi - một cảm biến dựa trên sự cộng hưởng PP - có thể được sử dụng để ghi lại động học của các phản ứng hóa học và sinh hóa cũng như kiểm soát kích thước của các phức hợp hình thành trên bề mặt. Tác giả: Musskiy S.A.
▪ Kính hiển vi trên bề mặt plasmon
Da nhân tạo để mô phỏng cảm ứng
15.04.2024 Cát vệ sinh cho mèo Petgugu Global
15.04.2024 Sự hấp dẫn của những người đàn ông biết quan tâm
14.04.2024
▪ Đèn giao thông sẽ sớm biến mất khỏi các con đường ▪ Chẩn đoán cảm lạnh trước khi các triệu chứng xuất hiện ▪ Bộ vi điều khiển AVR-DВ với ba bộ khuếch đại hoạt động
▪ phần của trang web Đồng hồ, bộ hẹn giờ, rơle, công tắc tải. Lựa chọn bài viết ▪ bài viết Kẹp để ghép hình. Lời khuyên cho chủ nhà ▪ bài báo Tại sao chất khử mùi ít phổ biến ở Đông Á hơn ở Châu Âu? đáp án chi tiết ▪ Bài báo Bác sĩ vệ sinh cho trẻ em và thanh thiếu niên. Mô tả công việc ▪ bài Nguyên tắc tiết kiệm năng lượng. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện
Trang chủ | Thư viện | bài viết | Sơ đồ trang web | Đánh giá trang web
www.diagram.com.ua |
Chúng tôi giới thiệu các bài viết thú vị razdela 
Xem các bài viết khác razdela 
Tin tức khoa học công nghệ, điện tử mới nhất:
Tất cả các ngôn ngữ của trang này