Детектирование взаимодействия между наночастицами на поверхности с помощью эллипсометрии

Основной проблемой при исследовании наноструктурированных плёнок на поверхности является учёт взаимодействий между частицами, образующими плёнку. В отличие от трёхмерного случая нанокомпозита, плёнки на поверхности обладают геометрически заданной анизотропией, что дополнительно усложняет задачу и де...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Date:	2011
Main Authors:	Мишакова, Т.А., Борщаговский, Е.Г., Дейнека, А., Лозовский, В.З., Ястрабик, Л.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України 2011
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/73207
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Детектирование взаимодействия между наночастицами на поверхности с помощью эллипсометрии / Т.А. Мишакова, Е.Г. Борщаговский, А. Дейнека, В.З. Лозовский, Л. Ястрабик // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2011. — Т. 9, № 1. — С. 33-39. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1859648288148422656
author	Мишакова, Т.А. Борщаговский, Е.Г. Дейнека, А. Лозовский, В.З. Ястрабик, Л.
author_facet	Мишакова, Т.А. Борщаговский, Е.Г. Дейнека, А. Лозовский, В.З. Ястрабик, Л.
citation_txt	Детектирование взаимодействия между наночастицами на поверхности с помощью эллипсометрии / Т.А. Мишакова, Е.Г. Борщаговский, А. Дейнека, В.З. Лозовский, Л. Ястрабик // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2011. — Т. 9, № 1. — С. 33-39. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
description	Основной проблемой при исследовании наноструктурированных плёнок на поверхности является учёт взаимодействий между частицами, образующими плёнку. В отличие от трёхмерного случая нанокомпозита, плёнки на поверхности обладают геометрически заданной анизотропией, что дополнительно усложняет задачу и делает непригодным использование стандартных моделей эффективной среды для описания таких плёнок. В данной работе выполнялись эллипсометрические исследования плёнок, представляющих собой металлические частицы, хаотично расположенные на поверхности различных подложек. Показано, что собственные резонансы частиц, образующих плёнки, подвержены влиянию межчастичного взаимодействия, что заметно проявляется в экспериментальных спектрах. Головною проблемою при дослідженні наноструктурованих плівок на поверхні є врахування взаємодії між частинками, що утворюють плівку. На відміну від тривимірного випадку нанокомпозита, плівки на поверхні мають геометрично задану анізотропію, що додатково ускладнює задачу та робить непридатним використання стандартних моделів ефективного середовища для опису таких плівок. У цій роботі було виконано еліпсометричні дослідження плівок, що є металевими частинками, хаотично розташованими на поверхні різних підкладок. Показано, що власні резонанси частинок, які утворюють плівки, піддаються впливу міжчастинкової взаємодії, що помітно виявляється в експериментальних спектрах. The main problem of the investigation of nanofilms on a surface is the account of the interaction between the particles, which form the film. In contrary to three-dimensional nanocomposites, films on the surface have the geometrically conditioned anisotropy. This fact complicates the problem and forbids the usage of standard models of effective-medium approximation for the describing of these films. In this work, we carry out ellipsometric investigations of the films of metallic particles randomly covering various substrates. As shown from the experimental spectrums, the interaction between the particles affects the own particle resonances.
first_indexed	2025-12-07T13:30:46Z
format	Article
fulltext	33 PACS numbers: 07.60.Fs, 78.20.Ci,78.66.Sq,78.66.Vs,78.67.Bf,78.68.+m, 81.70.Fy Детектирование взаимодействия между наночастицами на поверхности с помощью эллипсометрии Т. А. Мишакова, Е. Г. Борщаговский, А. Дейнека, В. З. Лозовский, Л. Ястрабик* Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, Институт высоких технологий, ул. Владимирская, 64, 01601, ГСП, Киев, Украина Институт физики полупроводников НАН Украины, просп. Науки, 41, 03028 Киев, Украина *Институт физики АН Чешской республики, на Слованце, 2, 18221 Прага 8, Республика Чехия Основной проблемой при исследовании наноструктурированных плёнок на поверхности является учёт взаимодействий между частицами, образую- щими плёнку. В отличие от трёхмерного случая нанокомпозита, плёнки на поверхности обладают геометрически заданной анизотропией, что допол- нительно усложняет задачу и делает непригодным использование стан- дартных моделей эффективной среды для описания таких плёнок. В дан- ной работе выполнялись эллипсометрические исследования плёнок, пред- ставляющих собой металлические частицы, хаотично расположенные на поверхности различных подложек. Показано, что собственные резонансы частиц, образующих плёнки, подвержены влиянию межчастичного взаи- модействия, что заметно проявляется в экспериментальных спектрах. Головною проблемою при дослідженні наноструктурованих плівок на по- верхні є врахування взаємодії між частинками, що утворюють плівку. На відміну від тривимірного випадку нанокомпозита, плівки на поверхні мають геометрично задану анізотропію, що додатково ускладнює задачу та робить непридатним використання стандартних моделів ефективного середовища для опису таких плівок. У цій роботі було виконано еліпсоме- тричні дослідження плівок, що є металевими частинками, хаотично роз- ташованими на поверхні різних підкладок. Показано, що власні резонан- си частинок, які утворюють плівки, піддаються впливу міжчастинкової взаємодії, що помітно виявляється в експериментальних спектрах. Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies 2011, т. 9, № 1, сс. 33—39 © 2011 ІМФ (Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України) Надруковано в Україні. Фотокопіювання дозволено тільки відповідно до ліцензії 34 Т. А. МИШАКОВА, Е. Г. БОРЩАГОВСКИЙ, А. ДЕЙНЕКА и др. The main problem of the investigation of nanofilms on a surface is the ac- count of the interaction between the particles, which form the film. In con- trary to three-dimensional nanocomposites, films on the surface have the ge- ometrically conditioned anisotropy. This fact complicates the problem and forbids the usage of standard models of effective-medium approximation for the describing of these films. In this work, we carry out ellipsometric inves- tigations of the films of metallic particles randomly covering various sub- strates. As shown from the experimental spectrums, the interaction between the particles affects the own particle resonances. Ключевые слова: наночастицы, спектральная эллипсометрия, тонкие плёнки, композитные плёнки, аппроксимация эффективной средой. (Получено 19 октября 2010 г.) 1. ВСТУПЛЕНИЕ Тонкие плёнки, представляющие собой монослой частиц на по- верхности, представляют особый интерес для исследований [1—3], связанный с особой реакцией частиц на внешнее поле, которая сильно изменяется в зависимости от параметров частиц и плотности заполнения поверхности, и, как следствие, с возможностью полу- чать материалы с особыми оптическими параметрами благодаря тому, что слой поляризованных частиц обладает специфическими оптическими свойствами по сравнению с трёхмерными неоднород- ными системами. При рассмотрении слоя, как планарной структуры, всегда наблюдается геометрическая анизотропия слоя в направлениях вдоль плёнки и поперёк. Это связано с тем, что электромагнитное взаимодействие между частицами вдоль и поперёк слоя будет раз- личной. Благодаря этому резонанс, связанный с частицами, рас- щепляется на два – узкий, смещённый в синюю область спектра, и широкий, смещённый в красную область спектра [4]. При рассмотрении поперечного взаимодействия (рис. 1, а) наблю- даем сдвиг в синюю область спектра за счёт отталкивания парал- лельных диполей. Для продольного компонента (рис. 1, б) действует как отталкивание (1)—(2), так и притяжение (3)—(4) между диполя- ми, но второе – вдвое сильнее. Таким образом, за счёт большего при- тяжения между частицами имеем сдвиг линий в красную область спектра и значительно более широкую линию из-за разной локаль- ной конфигурации для каждой частицы. Подобное расщепление и сдвиги отсутствуют в случае объёмного трёхмерного композита. Таким образом, встаёт вопрос о необходи- мости учёта взаимодействия между частицами в случае спектро- скопических исследований монослойных плёнок наночастиц. ДЕТЕ 2. ЭКСП Для изуч ко предп являютс альной п трофотом Спектро констант падающе являютс интерфе бо струк отражён сравним является пользова следован В осно света пр относите ется элли Эллип заций р- где Exy – у опреде распрост Ри КТИРОВАНИ ПЕРИМЕНТ чения тонк почтительн ся неразруш подготовки метрическ фотометри ты исследу его и отра ся измерен ренционно ктуру пове нных от по мую с инте я также са ание данно нии плёнок ове метода ри его отра ельное изм ипсометри псометриче - и s- как – поле, для еляет падаю транённых ис. 1. Взаи ИЕ ВЗАИМО Т И МОДЕ ких плёнок нее исполь шающими и образца. кий, интерф ический ме уемых обр ажённого с ниями с ни ого метода ерхности н верхностей ерференци амосогласо ого метода к наночаст а эллипсом ажении от менение эл ическими у еские углы tgΨ я которого ющее і- или х систем (и а имодействи ОДЕЙСТВИЯ ЕЛЬ МАКС к существу зовать опт и, бесконта К оптичес ференцион етод позво разцов на о света, одна изкой чув а определяю на основе и й образца. ионным ме ованным м а является иц. метрии леж исследуем ллипса пол углами ψ и ы связаны pri pi E e E ΔΨ = о х определ и отражённ изотропны ие частиц МЕЖДУ НА СВЕЛЛА-Г ует множес тические м актными и ким метод нный и элл оляет опре основе дан ако ампли ствительно ют либо тол измерения Метод элл етодом чув методом, т я наиболее жит измен мого образ ляризации Δ. ы с полем ,sr si E E ляет поляр ное r-поле ые системы вдоль и по АНОЧАСТИЦ ГАРНЕТТА ство метод етоды, так не требую дам относят липсометри делять опт нных об ам итудные из остью. С п лщину плё фазы дву липсометри вствительн таким обра уместным нение поля ца [5]. Изм , которое о для двух ризацию р- . В случае н ы либо сис б оперёк сло ЦАМИ 35 А дов, одна- к как они ют специ- тся спек- ический. тические мплитуде змерения помощью ёнки, ли- ух лучей, ии имеет ность, но азом, ис- м при ис- яризации меряется описыва- поляри- (1) или s-, а наиболее стемы, в оя. 36 Т. А. МИШАКОВА, Е. Г. БОРЩАГОВСКИЙ, А. ДЕЙНЕКА и др. которых ось анизотропии перпендикулярна плоскости поверхно- сти) это уравнение сводится к так называемому основному уравне- нию эллипсометрии. tg pi s r e r ΔΨ = , (2) где rp, rs – коэффициенты отражения Френеля для параллельной и перпендикулярной поляризации соответственно [5]. В рамках данной работы методом спектральной эллипсометрии нами были выполнены измерения серии образцов плёнок на стекле, которые являются термически осаждёнными на поверхность плён- ками золота с массовой толщиной от нескольких до примерно 25 нм. Полученные плёнки отжигались при температуре 250° в течение 2-х часов. Мы рассматриваем отожжённые плёнки по той причине, что напылённые плёнки без термической обработки имеют значитель- ный разброс по размерам и формами частиц, и интерпретация спек- тров таких плёнок значительно усложняется, поскольку практиче- ски все теоретические модели базируются на допущении, что систе- ма состоит из частиц одинаковых по форме и размерам. Эллипсомет- рические измерения выполнялись на спектральном эллипсометре Woolam Co. (WVASE) при различных углах падающего света. Моделирование эллипсометрических параметров неоднородной плёнки выполнялось в соответствии со стандартной теорией эффек- тивной среды Максвелла-Гарнетта, которая позволяет заменить не- однородную плёнку эквивалентной однородной с эффективной ди- а б Рис. 2. Экспериментальные данные измерений ψ и Δ в зависимо- сти от энергии фотона падающего света для различных углов па- дения плёнок («зелёные» кривые) и модель эффективной среды Максвелла-Гарнетта для этой плёнки («красные» кривые). ДЕТЕКТИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МЕЖДУ НАНОЧАСТИЦАМИ 37 электрической восприимчивостью ε, определяемой выражением , 2 2 f β α β α β α β ε − ε ε − ε = ε + ε ε + ε (3) где εα – диэлектрическая проницаемость сферических включений (в случае рассматриваемой системы золота), помещённых в среду с диэлектрической проницаемостью εβ (в случае рассматриваемой си- стемы воздух), f – объёмный вклад данного компонента. Экспериментальные зависимости ψ и Δ для различных углов па- дения от энергии фотона падающего света для одного из исследуе- мых образцов представлены на рис. 2 вместе с наилучшей моделью эффективной среды Максвелла-Гарнетта, которая соответствует экспериментальным данным. При сравнении экспериментальных и смоделированных данных очевидной является проблема сдвига в синюю область спектра по- ложения резонанса в смоделированных кривых относительно экс- периментальных, что вызвано отсутствием учёта прямого взаимо- действия между частицами. Модель эффективной среды Бругема- на, в которой эффективная диэлектрическая функция определяется выражением: 0 , 2 2 f f βα α β α β ε − εε − ε = + ε + ε ε + ε (4) вообще не может быть использована для моделирования рассматри- ваемых систем, так как она совершенно не отображает локальные резонансы эффективной среды [6, 7]. На рисунке 3 представлен трёхмерный график положения резо- нансов экспериментальных данных от угла падения для образцов с разной концентрацией золота на поверхности. Анализ графика вы- являет зависимость положений резонанса от концентрации напы- лённого золота. Хорошо заметен сдвиг резонанса в красную область спектра с уве- личением плотности покрытия. Это и не удивительно, ведь при уве- личении плотности взаимодействие между частицами увеличивает- ся, и влияние его проявляется сильнее. Таким образом, необходимо учитывать взаимодействие между частицами при обработке данных. Такое взаимодействие не учитывается во всех стандартных моделях эффективной среды [8], а значит, использование их для исследова- ния подобных систем не является корректным. Сдвиг в красную об- ласть показывает, что мы наблюдаем продольный резонанс. Дополнительные особенности в районе угла падения 60° связаны с тем фактом, что этот угол является близким к углу Брюстера для стекла. На рисунке 4 отображено изменение поведения резонанса 38 Т. А. МИШАКОВА, Е. Г. БОРЩАГОВСКИЙ, А. ДЕЙНЕКА и др. для эллипсометрического параметра ψ для разной плотности по- крытия. Именно возле угла Брюстера происходит изменение между двумя структурами и образуется волноподобная структура, что ви- дим на представленном рисунке для ψ. Рис. 3. Положение резонансов экспериментальных данных в зависимости от угла падения и концентрации золота в плёнке. Плотность плёнки уменьшается от 0 до 8 образца. Рис. 4. Изменение вида резонанса для плёнок с разными концентраци- ями напылённого золота для угла 60°. Плотность плёнки уменьшается от 0 до 8 образца. ДЕТЕКТИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МЕЖДУ НАНОЧАСТИЦАМИ 39 3. ВЫВОДЫ При исследовании плёнок, представляющих собой монослой наноча- стиц на поверхности, экспериментально показано, что спектральная эллипсометрия является методом, чувствительным к взаимодей- ствию между частицами. Стандартная модель аппроксимации эф- фективной средой не включает прямое взаимодействие между ча- стицами, таким образом, использование её для эллипсометрических исследований тонких композитных плёнок не является целесообраз- ным. При анализе таких плёнок необходимо использовать модели с прямым учётом межчастичного взаимодействия [9]. ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. J. C. Maxwell Garnett, Phil. Trans. of the Royal Soc. of London. Ser. A, 203: 385 (1904). 2. Surface Enhanced Raman Scattering (Eds. R. K. Chang and T. E. Furtak) (New York: Plenum Press: 1982). 3. H. Xu and M. Käll, Sens. Actuat. B, 87: 244 (2002). 4. B. N. J. Persson, J. de Physique (Suppl.), 44: C10-409 (1983). 5. Р. М. А. Аззам, Н. Башара, Эллипсометрия и поляризованный свет (Москва: Мир: 1981). 6. J. I. Gittleman and B. Abeles, Phys. Rev. B, 15: 3273 (1977). 7. P. Sheng, Phys. Rev. B, 22: 6364 (1980). 8. D. E. Aspers, Am. J. Phys., 50 (1982). 9. Е. Г. Борщаговский, В. З. Лозовский, Т. А. Мишакова, Укр. фіз. журн., 55: 1137 (2010).
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-73207
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	1816-5230
language	Russian
last_indexed	2025-12-07T13:30:46Z
publishDate	2011
publisher	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
record_format	dspace
spelling	Мишакова, Т.А. Борщаговский, Е.Г. Дейнека, А. Лозовский, В.З. Ястрабик, Л. 2015-01-06T14:41:56Z 2015-01-06T14:41:56Z 2011 Детектирование взаимодействия между наночастицами на поверхности с помощью эллипсометрии / Т.А. Мишакова, Е.Г. Борщаговский, А. Дейнека, В.З. Лозовский, Л. Ястрабик // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2011. — Т. 9, № 1. — С. 33-39. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 1816-5230 PACS numbers: 07.60.Fs, 78.20.Ci, 78.66.Sq, 78.66.Vs, 78.67.Bf, 78.68.+m, 81.70.Fy https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/73207 Основной проблемой при исследовании наноструктурированных плёнок на поверхности является учёт взаимодействий между частицами, образующими плёнку. В отличие от трёхмерного случая нанокомпозита, плёнки на поверхности обладают геометрически заданной анизотропией, что дополнительно усложняет задачу и делает непригодным использование стандартных моделей эффективной среды для описания таких плёнок. В данной работе выполнялись эллипсометрические исследования плёнок, представляющих собой металлические частицы, хаотично расположенные на поверхности различных подложек. Показано, что собственные резонансы частиц, образующих плёнки, подвержены влиянию межчастичного взаимодействия, что заметно проявляется в экспериментальных спектрах. Головною проблемою при дослідженні наноструктурованих плівок на поверхні є врахування взаємодії між частинками, що утворюють плівку. На відміну від тривимірного випадку нанокомпозита, плівки на поверхні мають геометрично задану анізотропію, що додатково ускладнює задачу та робить непридатним використання стандартних моделів ефективного середовища для опису таких плівок. У цій роботі було виконано еліпсометричні дослідження плівок, що є металевими частинками, хаотично розташованими на поверхні різних підкладок. Показано, що власні резонанси частинок, які утворюють плівки, піддаються впливу міжчастинкової взаємодії, що помітно виявляється в експериментальних спектрах. The main problem of the investigation of nanofilms on a surface is the account of the interaction between the particles, which form the film. In contrary to three-dimensional nanocomposites, films on the surface have the geometrically conditioned anisotropy. This fact complicates the problem and forbids the usage of standard models of effective-medium approximation for the describing of these films. In this work, we carry out ellipsometric investigations of the films of metallic particles randomly covering various substrates. As shown from the experimental spectrums, the interaction between the particles affects the own particle resonances. ru Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Детектирование взаимодействия между наночастицами на поверхности с помощью эллипсометрии Detection of Interaction Between the Nanoparticles on Surface using Ellipsometry Article published earlier
spellingShingle	Детектирование взаимодействия между наночастицами на поверхности с помощью эллипсометрии Мишакова, Т.А. Борщаговский, Е.Г. Дейнека, А. Лозовский, В.З. Ястрабик, Л.
title	Детектирование взаимодействия между наночастицами на поверхности с помощью эллипсометрии
title_alt	Detection of Interaction Between the Nanoparticles on Surface using Ellipsometry
title_full	Детектирование взаимодействия между наночастицами на поверхности с помощью эллипсометрии
title_fullStr	Детектирование взаимодействия между наночастицами на поверхности с помощью эллипсометрии
title_full_unstemmed	Детектирование взаимодействия между наночастицами на поверхности с помощью эллипсометрии
title_short	Детектирование взаимодействия между наночастицами на поверхности с помощью эллипсометрии
title_sort	детектирование взаимодействия между наночастицами на поверхности с помощью эллипсометрии
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/73207
work_keys_str_mv	AT mišakovata detektirovanievzaimodeistviâmeždunanočasticaminapoverhnostispomoŝʹûéllipsometrii AT borŝagovskiieg detektirovanievzaimodeistviâmeždunanočasticaminapoverhnostispomoŝʹûéllipsometrii AT deinekaa detektirovanievzaimodeistviâmeždunanočasticaminapoverhnostispomoŝʹûéllipsometrii AT lozovskiivz detektirovanievzaimodeistviâmeždunanočasticaminapoverhnostispomoŝʹûéllipsometrii AT âstrabikl detektirovanievzaimodeistviâmeždunanočasticaminapoverhnostispomoŝʹûéllipsometrii AT mišakovata detectionofinteractionbetweenthenanoparticlesonsurfaceusingellipsometry AT borŝagovskiieg detectionofinteractionbetweenthenanoparticlesonsurfaceusingellipsometry AT deinekaa detectionofinteractionbetweenthenanoparticlesonsurfaceusingellipsometry AT lozovskiivz detectionofinteractionbetweenthenanoparticlesonsurfaceusingellipsometry AT âstrabikl detectionofinteractionbetweenthenanoparticlesonsurfaceusingellipsometry

Детектирование взаимодействия между наночастицами на поверхности с помощью эллипсометрии

Institution

Similar Items