Металлическая подложка с тонкой прозрачной пленкой из диэлектрика для увеличения интенсивности рамановского рассеяния

Полезная модель: Металлическая подложка с тонкой прозрачной пленкой из диэлектрика для увеличения интенсивности рамановского рассеяния относится к области измерительной техники, использующей эффект рамановского рассеяния света, в качестве вспомогательного средства.
Уровень техники. Приборы, работающие на эффекте рамановского рассеяния света, широко используются в химии (контроль химических веществ), в биологии и медицине (изучение строения белков и др., клинические исследование тканей различных организмов), в пищевой и медицинской промышленности (анализ продуктов и медицинских препаратов), а также в технике и электронике (например, анализ химического состава алмазных пленок, монокристаллического карбида кремния, графена и т.д.). В качестве дополнительного средства в данных приборах используются различные металлические подложки. Так, например, наноструктуры типа углеродных нанотрубок [1] и графенов [2] синтезируются непосредственно на металлических подложках. Так как размеры данных наноструктур значительно меньше длины волны возбуждающего света, важными оказываются локальные значения поля на поверхности. Действительно, при нормальном падении плоской волны на металлическую поверхность падающая волна почти полностью отражается, причем электрическое поле на поверхности подложки оказывается близким к нулю.
Поэтому на металлической подложке область пучности стоячей световой волны, образованной при отражении, не распространяется на приповерхностный слой, в котором находится, например, слой графена, за счет чего рамановское рассеяние может уменьшиться более чем на порядок (прибор может просто не зарегистрировать сигнал). Простые оценки величины такого уменьшения можно получить используя известные экспериментальные значения эффективных показателей преломления n и коэффициент поглощения k (эффективный комплексный показатель преломления n'=n+ik), которые пригодны как в области нормального, так и аномального скин-эффекта [3] (см. Таблицу). Из Таблицы видно, что интенсивность I поля вблизи поверхности металлов уменьшается по сравнению с (принятой здесь за единицу) интенсивностью падающей волны в 2-5 раза в видимом диапазоне и в сотни раз в инфракрасном (ИК) диапазоне. Однако предлагаемая полезная модель ʺМеталлическая подложка с тонкой прозрачной пленкой из диэлектрика для увеличения интенсивности рамановского рассеянияʺ не только сможет компенсировать вышеупомянутое уменьшение интенсивности рамановского рассеяния, но даже обратить в выигрыш, если поместить рассеивающую наноструктуру не прямо на поверхность металлической подложки, а отступив от этой поверхности на четверть длины волны, т.е. использовать пучность образованной у поверхности стоячей световой волны.
Раскрытие полезной модели. В предлагаемой полезной модели с целью увеличения интенсивности рамановского рассеяния от наноструктур на металлическую подложку наносится прозрачный диэлектрик толщиной, равной четверти длины волны возбуждающего света λ/4 (см. Чертеж). При этом увеличение интенсивности рамановского рассеяния от наноструктур составляет теоретически 6-20 раз и практически 8-12 раз в видимом диапазоне (см. Рисунок. Длина возбуждающего света была λ=514 nm. 1 - металлическая подложка с тонким слоем прозрачного диэлектрика толщиной (1/4)λ, 2 - металлическая подложка без слоя диэлектрика).
Литература
1. G. Che, В.В. Lakshmi, С.R. Martin, et al. // Chem. Mater. 1998. Vol. 10. P. 260-267.
2. Ismach A., Druzgalski C, Penwell S., et al. // Nano Lett. 2010. Vol.10. P. 1542-1548.
3. Гинзбург В.Л., Мотулевич Г.П. Оптические свойства металлов // УФН. 1955. Т. 55(4). С. 469.
Подписи к Таблице
λ - длина волны света,
n - показатель преломления,
k - коэффициент поглощения,
I - интенсивность падающего света,
Е - напряженность электрического поля,
М
I - интенсивность света на поверхности металла.
Подписи к чертежу
1 - исследуемый образец,
2 - слой диэлектрика,
3 - металлическая подложка,
λ - длина волны падающего на образец света.
Подписи к Рисунку
A.U.
-1
I - интенсивность комбинационного рассеяния света, см - обратные сантиметры,
1 - металлическая подложка с тонким слоем прозрачного диэлектрика толщиной (1/4)λ,
2 - металлическая подложка без слоя диэлектрика.