8.Влияние электродипольного взаимодействия между коллоидными частичками на резонансную частоту [5]

Если приготовить образец AgCl-Ag с большей толщиной пленки Ag (примерно 15 нм), то после его облучения получится более широкая коллоидная полоса поглощения с максимумом, сдвинутым в низкочастотную область спектра (в красную сторону). Такие изменения связаны с тем, что при увеличении толщины пленки серебра облучение создает коллоид с большим . Увеличениенеизбежно приводит к тому, что гранулы начинают взаимодействовать друг с другом как электрические диполи, при этом, в первую очередь имеет значение взаимодействие между ближайшими, соседними гранулами, или, как говорят, между гранулами, находящимися в первой координационной сфере. Электродипольное взаимодействие приводит к уменьшению резонансной частоты. Формула, определяющая резонанс в этом случае, имеет вид :

(8.1)

где – средний радиус гранул,b – среднее расстояние между ними, а величина S является суммой по взаимодействующим гранулам. Численные значения зависят от модельных представлений о взаимном расположении гранул. Пусть частицы находятся в круге радиуса, величина которого ограничивается условием, где- волновое число. Заданное неравенство выполняется при, следовательно речь идет о расположении в этом круге частиц, ближайших к заданной частице. Такой выборсвязан с учетом электродипольного взаимодействия только между ближайшими частицами, что оправдывается экранированием полей от удаленных гранул. При указанном условии формула дляимеет вид :

(8.2)

где целочисленные индексы иподчиняются условию :

Из (8.2) можно видеть, что и что это числа ~. Конкретные значения зависят от модели окружения заданной частицы, частицами которые ее окружают (при варьировании числа окружающих гранул,изменяется в пределах отдо). Все сказанное указывает на то, что в соответствии с формулой (8.1) должно наблюдаться уменьшение резонансной частоты при дипольном взаимодействии гранул и такой длинноволновый сдвиг действительно наблюдается при росте фактора заполнения, т.е. при увеличении плотности частиц. Заметим также, что сдвиг существенно зависит от отношения, максимальное значение которого, равное, соответствует случаю соприкасающихся гранул - при этом сдвиг будет максимальным.

Таким образом, слагаемое, которое определяет низкочастотный сдвиг максимума полосы поглощения – это второе слагаемое под корнем в формуле (8.1) и оно существенно зависит от радиуса гранул, расстояния между ними и взаимного их расположения. Заметим, что в реальном коллоиде имеет место неизбежный разброс этих величин и этот разброс приводит к размытию, уширению полосы поглощения. Характер этого уширения неоднородный – полоса как бы состоит из совокупности однородных полос поглощения, принадлежащих частицам разных размеров и имеющих разные частоты максимумов (рис.10).

Рис.10

9.Фотоиндуцированный дихроизм (эффект Вейгерта) в пленках AgCl-Ag [5]

Рассмотренные до сих пор результаты получаются при облучении пленки неполяризованным белым светом. Если же облучение производить линейно поляризованным светом, то в образце возникает дихроизм (эффект Вейгерта) – облученный образец по разному поглощает свет с разными поляризациями. Дихроизм проявляет себя максимально в следующих условиях. Обозначим вектором направление линейной поляризации облучающего пучка. После облучения поочередно измеряются спектры оптической плотности с помощью измерительных пучков, один из которых имеет направление линейной поляризации|| а другой - . Спектры при этом получаются следующие(рис.11). Спектр для параллельной поляризации сдвинут в высокочастотную область относительно спектра перпендикулярной поляризации. Такие спектры определяют различную окраску образца. В первом случае образец пропускает длинноволновый свет и имеет в результате желто-оранжевую окраску, во втором – образец пропускает синий свет и имеет соответственно синюю окраску. Изменение цвета дихроичной пленки наблюдается очень просто - пленку нужно наблюдать глазом через поляроид в проходящем белом свете – при вращении поляроида хорошо видно указанное резкое изменение цвета.

Рис.11

Очевидно, что дихроизм, или иными словами анизотропия поглощения, должна определятся тем, что поляризованный облучающий свет создает в пленке коллоид анизотропного строения. Увидеть эту анизотропию в строении коллоида можно с помощью электронного микроскопа. Однако, для проведения электронномикроскопических исследований необходимо из пленки удалить хлористое серебро, которое разлагается под действием электронного пучка. Хлористое серебро удаляется путем погружения образца в раствор обычного фотографического фиксажа. После такой обработки коллоид серебра остается на подложке, сохраняя строение, созданное действием поляризованного света. Электронномикроскопический снимок такого образца (рис.12) показывает, что коллоид состоит из ориентированных цепочек, образованных гранулами серебра ; эти цепочки имеют преимущественную ориентацию перпендикулярно направлению вектора .

Рис.12

Таким образом, дихроизм связан с образованием ориентированных цепочек, состоящих из гранулок серебра, под действием линейно поляризованного света. Заметим, что эффект Вейгерта известен давно, однако сделать электронномикроскопические наблюдения удалось только с помощью пленок. Фотоэмульсионные слои не давали такой возможности из-за того, что имеют слишком большую толщину (десятки мкм) и приготовлены на основе желатина, который не прозрачен для электронов.

Спектральное положение максимумов поляризованных полос поглощения хорошо описывается формулой, учитывающей дипольное взаимодействие между гранулами, образующими цепочки :

(9.1)

Теперь суммы отличаются друг от друга и равны :

, (9.2)

В рассматриваемом случае суммы S находятся в соотношении ,и для модели трех гранул в цепочке имеют численные значения,.

Величина дихроизма определяется как разность оптических плотностей для двух поляризованных полос поглощения и дисперсия этой величины, построенная по спектрамрис.11, показана на рис.13.

Рис.13

Дихроичный образец обладает анизотропией не только в поглощении, но и по показателю преломления – в нем наблюдается двулучепреломление. В курсе общей физики двулучепреломление рассматривают как явление, наблюдаемое в прозрачных анизотропных кристаллах. Если кристалл поглощающий, то в нем, наряду с двулучепреломлением, наблюдается и дихроизм. Величина двулучепреломления в дихроичной пленке и дисперсия этой величины могут быть измерены с помощью поляризационного микроскопа. Результат измерений показан кривой(рис.13). Интересно, что двулучепреломление велико ( ~0,1), и сравнимо с максимальной величиной двулучепреломления, которое наблюдается лишь у небольшого числа кристаллов (например – у кальцита (CaCO₃), из которого обычно изготавливают различные поляризаторы для использования в оптических поляризационных исследованиях ).

Среди разнообразных приемников излучения, которые используются для регистрации света, практически отсутствуют такие, которые способны регистрировать поляризацию излучения. Пленки AgCl-Ag обладают этим свойством. Поэтому они могут применяться в качестве регистрирующей среды прежде всего в голографии. В переводе слово «голография» означает «полная запись». Имеется ввиду запись характеристик света, приходящего на голограмму от регистрируемого объекта. Чаще всего для получения голограмм используют фотоэмульсии и такие голограммы регистрируют амплитуду и фазу объектной световой волны, но не регистрируют ее поляризацию. В то же время, пленки AgCl-Ag, если их применить для записи голограммы, запишут амплитуду, фазу и поляризацию, т.е. дадут более полную информацию об объектной световой волне. Пленки можно также применить и для записи двух различных изображений. Одно из них записывают при одной ориентации поляризованного света, другое – при ориентации поляризации, перпендикулярной к первой. Эти два наложенных друг на друга изображения затем можно наблюдать раздельно с помощью поляризатора.