9- mavzu. Nanostrukturalar spektroskopiyasi asoslari. Nanostrukturalar spektroskopiyasining o’ziga xos tomonlari. Magnitaviy rezonans reja

_{9- mavzu.} NANOSTRUKTURALAR SPEKTROSKOPIYASI ASOSLARI. NANOSTRUKTURALAR SPEKTROSKOPIYASINING O’ZIGA XOS TOMONLARI. MAGNITAVIY REZONANS


Reja

1. 
   . Nanosturkturalarda yorug’lik yutilishi va sochilishining uziga xos xususiyatlari.
   
2. 
   . Nanozarrachalar spektroskopiyasi.
   

Tayanch iboralar: Nanozarrachalar, dispers muxit, kolloid eritmasi, dispers tuzilish, metal pardalar, optik hossalar, rezonans yutilishi


Nanosturkturalarda yorug’lik yutilishi va sochilishining uziga xos xususiyatlari

Nanozarrachalarda yorug’likni yutilishi va sochilishi yirik namunalarga nisbatan o’ziga xos hususiyatlarga ega. Bu hususiyatlar ko’p sonli zarrachalarni o’rganishda yaqqolroq namoyon bo’ladi. Masalan, kolloid erimalar va donalangan pardalar nanozarrachalarning maxsus xossalari tufayli tezkor ravishda bo’yalishi mumkin. Dispers muhit optik xossalarini o’rganishning eng yaxshi namunasi oltindir. O’z vaqtida Faradey oltinning kolloid eritmasi va yupqa pardasi ranglari o’xshash ekanligiga e’tibor berdi va oltinning dispers tuzilishga ega ekanligi haqida fikr bildirgan.

Yorug’likning nozikdonadorlik metal pardalarida yutilishida spektrning ko’rinadigan qismida yirik namunalarda uchramaydigan yutilish chiziqlari (cho’qqilari) paydo bo’ladi¹. Masalan, Ag zarralarinig donadorlik 4 nm diametrli pardalari yorug’likning λ=560-600 nm sohasida yaqqol namoyon bo’ladigan yutilish maksimumiga ega. Shunga o’xshash Ag, Cu, Mg, Li, K, Na, K nanozarralari ham optik diapazonda eng ko’p yutilishni ko’rsatadi.
Donalangan pardalarni yana alohida hususiyatlaridan biri yorug’lik spektrining ko’rinish sohasidan infraqizil sohaga o’tganda yutilishning kamayishidir. Tutash metal pardalarda esa, bundan farqli ravishda, yorug’lik to’lqin uzunligi ortishi bilan yutilish ham ortib boradi.
Optik hossalarning o’lchamlik effektlari o’lchamlari yorug’lik to’lqin uzunliklaridan sezilarli darajada kichik bo’lgan va 10-15 nm dan katta bo’lmagan nanozarralar uchun muhim rol o’ynaydi.
Nanozarrachalar va yirik metallar yutilish spektrlaridagi farqlar ularning dielektrik singdiruvchanliklari farqi tufayli yuz beradi ε= ε₁+ε₂. Diskret energetik spektrli nanozarrachalarning dielektrik singdiruvchanligi zarrachalar o’lchamlariga va nurlanish chastotalariga bog’liq. Dielektrik singdiruvchanlik nurlanish chastotasiga monoton emas, balki elektronlar holatlari orasidagi o’tishlar tufayli tez o’zgarib turuvchi holda bog’langan.
Tajribalarda optik xossalarni o’lchash uchun zarrachalarning soni 10¹⁰ dan kam bo’lmasligi kerak. Bunday miqdordagi bir xil o’lcham va shakldagi zarrachalarni hosil qilish amalda mumkin bo’lmagani uchun real sharoitlarda zarrachalar to’plami uchun tebranishlar tekislanib ko’rinadi.
Shunga qaramasdan ε ning o’rtacha qiymati yirik namuna ε sidan farq qiladi. Dielektrik singdiruvchanlikning mavhum qismi zarracha radiusi r ga teskari proporsionalligini ko’rish mumkin:
 ,
bunda ε_∞,2( ) – yirik kristal dielektrik singdiruvchanligining mavhum qismi, A( )-chastotaga bog’liq funktsiya. Tajribalarda r=0,9-3,0 nm li oltin zarrachalari uchun λ=510 nm li o’zgarmas to’lqin uzunlikli nurlanishda ε₂≈1G’r ekanligi tasdiqlangan. Zarrachalar o’lchamiga yutilish sohasi kengligi va uning past chastotali tomoni shakli ham bog’liq. Au va Ag nanozarrachalarini kichiklanganda yorug’likni yutilish sohasi kengayishi tajribalarda kuzatilgan.
Yana bir o’lchamlik effekti - yorug’likning rezonans yutilishi cho’qqisining siljishidir. Diametri yirik metaldagi elektronlarning erkin yugurish yo’li dan kichik zarralardagi elektronlarning erkin yugurish yo’li zarra radiusi r ga teng. Bu holda yorug’lik yutilishidagi effektiv relaksatsiya vaqtini

ko’rinishida ifodalash mumkin. Bunda τqλ_∞G’ - yirik metal namunasidagi relaksatsiya vaqti; – elektronlarning Fermi sathidagi tezligi. Zonalararo o’tishlarni hisobga olmasdan va faqat erkin elektronlar harakatini hisobga olgan holda

deb yozish mumkin. Bunda q4πNe²G’m*- plazma chastotasi, N, e, m*-erkin elektronlar zichligi, zaryadi va effektiv massasi.
Mi nazariyasida yorug’lik yutilishining eng katta qiymatiga ε_m=-ε₁( ) sharoitida erishiladi. Buni hisobga olgan, juda mayda zarrchalar uchun  bo’lgan holda (2.56) dan rezonans chastota

ko’rinishga keladi. Bunga asosan, zarracha o’lchami kichiklashganda rezonans chastota ham kamayadi, ya’ni yutilish sohasi past chastotalar tomonga siljishi kerak. Lekin, kvantmexanik hisoblar zarracha o’lchamlari kichiklashganda rezonans yutilish cho’qqisi yuqori chastotalar tomoniga siljishini ko’rsatadi. Mana shunday qarama-qarshi natijalar tajribalarda ham ko’rinadi. Bunday siljishlar uchun elektron bulutining zarracha sirtida juda oz miqdorda o’zgarishi ham kifoya ekanligi tahmin qilinadi. Shunga asosan, yorug’lik yutilish sohasi kengligi zarrachalar o’lchamining murakkab funktsiyasi bo’lib, u D 1,1nm atrofida eng katta qiymatga erishadi.