39

Физика дисперсных систем

I

Фотоиндуцированные эффекты в тонких пленках хлористого серебра,

содержащих диспергированное серебро

Содержание

Введение 2

1.Описание галогенидосеребряной фотографии [1,2] 3

2.Прямая фоточувствительность фотоэмульсий, коллоидная 6

окраска [1-3]

3.Приготовление тонких фоточувствительных пленок [5,6] 9

4.Механизм фоточувствительности пленок AgCl-Ag[5] 11

5.Измерение спектров поглощения тонких пленок AgCl-Ag,

коллоидное поглощение [5,7] 12

6.Плазменная частота [8,9] 16

7.Плазменный резонанс [9] 20

8.Влияние электродипольного взаимодействия между

коллоидными частичками на резонансную частоту [5] 23

9.Фотоиндуцированный дихроизм (эффект Вейгерта) в пленках

AgCl-Ag [5] 24

10.Спектральная фотоадаптация [5] 27

11.Волноводные свойства пленок [5] 28

12.Фотоиндуцированные периодические структуры [5,10,11] 31

13.Исследования периодических структур [5] 33

14.Измерение показателя преломления подложки с помощью

периодических структур [5] 36

Заключение 38

Литература 39

Введение

В последнее время быстро развивается нанофизика. Она занимается изучением объектов, линейные размеры () которых, хотя бы в одном направлении, составляют величину порядкам (,). Такое ограничение размеров приводит к появлению новых физических свойств, полезных для практических применений. Эти новые свойства связывают с размерными эффектами. Для разных объектов размерные эффекты могут проявляться при разбросе ограничивающего размера от единиц нанометров до нескольких десятков нанометров. Много внимания уделяется исследованиям квантового размерного эффекта (КРЭ). КРЭ возникает при условии, когда размер образца становится сравним с длиной волны де Бройлядля электронов :

где - постоянная Планка ;- масса электрона ;- энергия электрона . В полупроводниках и диэлектриках масса рассматривается как эффективная величина, которая может быть значительно меньше массы свободных электронов. Наиболее простым является случай тонких пленок, для которых ограничивающим размером является их толщина. В этом случае при квантовом размерном эффекте возникает квантование электронной энергетической зоны, энергия которой распадается на подзоны :

,

где - эффективная масса электронов в направлении толщины пленки ;- целые числа. КРЭ сравнительно легко наблюдаются в объектах, для которых эффективная масса электронов мала (полуметаллы, например, и в узкозонных полупроводниках - напримерInSb). В то же время в металлах, у которых масса электронов велика (практически равна массе свободных электронов), обнаружить размерное квантование практически очень трудно.

С другой стороны, кроме КРЭ, существуют и классические размерные эффекты, которые возникают в случае, когда ограничивающий размер образца становится сравним с длиной свободного пробега электронов. Для тонких пленок, по мере уменьшения их толщины начинает все сильнее сказываться рассеяние электронов на границах пленки. При малых толщинах это рассеяние может стать преобладающим фактором и привести, например, к существенному уменьшению электропроводности образца.

В лекциях речь пойдет о свойствах образцов, которые содержат серебро, находящееся в мелкодисперсном состоянии - в виде мельчайших гранул со средним диаметром порядка нм. Серебро в таком состоянии можно получить разными способами. В частности, исследования, проводившиеся на кафедре оптики показали, что гранулярное серебро можно получить путем облучения светом двухслойной тонкой пленки, состоящей из слояAgCl (хлористое серебро) и тонкого слоя серебра на поверхности AgCl. Сплошные слои серебра являются зеркальными и практически полностью

отражают падающий свет в видимой и ИК области спектра за счет взаимодействия света со свободными электронами. В гранулярном серебре в сильной мере проявляется классический размерный эффект - высокое зеркальное отражение заменяется на резонансную полосу поглощения, которая связана с возбуждением светом плазменных колебаний свободных электронов в малых гранулах.

Композитная тонкопленочная система AgCl-Ag является фоточувствительной - ее оптические свойства существенно изменяются под действием света. Изменения оптических свойств связаны со структурными превращениями, которые испытывет серебро в матрице, роль которой выполняет поликристаллическая пленка AgCl . При этом отсутствуют фотохимические реакции и масса серебра в целом остается неизменной - происходит лишь его перераспределение. Изменения оптических свойств системы AgCl-Ag под действием света соответствуют нелинейному оптическому эффекту.

Заметим, что известны и другие тонкие пленки, обладающие фоточувствительностью. Например, кроме AgCl, фоточувстительными является и другие галогениды серебра (AgBr, AgI - бромистое и иодистое серебро). Фоточувствительность присуща и пленкам халькогенидных стеклообразных полупроводников, среди которых наиболее известным соединением, при исследованиях фоточувствительности, является As₂S₃. При этом часто используют не чистую полупроводниковую пленку, а композицию полупроводниковая пленка - пленка серебра. Однако, во многих случаях фоточувствительность пленок оказывается связана с фотохимическими реакциями и с образованием соединений металлического серебра с продуктами реакций. Среди отмеченного разнообразия фоточувствительных пленок именно система AgCl-Ag оказалась наиболее интересной из-за того, что в ней сильно выражены различные нелинейные оптические эффекты, связанные со структурными преобразованиями металлического серебра, находящегося в матрице AgCl в диспергированном состоянии.