Диссертация (1104238), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Полученные результаты подтверждают имеющиеся литературные данные [41, 75, 79], сообщающие о сильной неоднородности иразориентированности слоев графена, полученных с помощью CVD методики(см. рис 1.10). Для sp комбинации поляризаций накачки и ВГ получаемые анизотропные зависимости качественно совпадают, для s- поляризованного отклика наблюдается существенно уменьшение величины нелинейного сигнала, симметрии 4-го порядка в котором не проявляется.
Вместоэтого наблюдается существенное различие анизотропных зависимостей вразных точках пленки графена, которые не демонстрируют какую-бы то нибыло периодическую зависимость, что связано, по-видимому, с неоднородностью структуры. Исходя из данного наблюдения можно предположить,что отклик ВГ от пленки графена представляет собой по большей частидиффузное гиперрэлеевское рассеяние.712.4.2.Исследование генерации ВГ от пленок графена на стеклянной подложкеРезультаты по измерению азимутальной анизотропии ВГ в многослойном графене на кремниевой подложке позволили предположить, чтос точки зрения квадратичного нелинейного оклика многослойный графенможно рассматривать как изотропную сильно неоднородную среду с сильными флуктуациями квадратичной поляризуемости вдоль слоев.
Несмотряна то, что подобный вывод кажется интуитивно очевидным, поскольку известно, что многослойный графен, полученный химическим осаждением,имеет поликристаллическую структуру, спектральная однородность оптических свойств графена не позволяет однозначно говорить об этом. Удобным средством измерения флуктуация квадратичной восприимчивости внеоднородных средах является метод измерения индикатрисы гиперрэлеевского рассеяния света на длине волны второй оптической гармоники [39],позволяющий определить нелинейную корреляционную длину Lcorr , связываемую в большинстве случаев с характерным размером нелинейногорассеивателя.
Необходимо отметить, что при анализе индикатрис гиперрэлеевского рассеяния света необходимо помимо флуктуаций нелинейнойполяризуемости также учитывать и флуктуации линейных оптических параметров, что было, к примеру, показано в работе [40]. Таким образоминтерес представляет параллельное измерение индикатрис рэлеевского игиперрэлеевского рассеяния. Для исследований нелинейного рассеяния использовались как образцы со средней толщиной в 5 моноатомных слоев накремниевой подложке, так и серия образов на стеклянной подложке с толщинами 5, 10 и 12 моноатомных слоев, толщина подложки 150 мкм.
Длястеклянных подложек было экспериментально показано отсутствие сигнала ВГ в наших экспериментальных условиях в пределах ошибки эксперимента.На рисунке 2.6(a) представлена индикатриса гиперрэлеевского рассеяния, измеренная в геометрии «на пропускание» от образца толщиной12 моноатомных слоев. Полученная индикатриса рассеяния имеет типичный близкий к гауссову профиль и сигнал ВГ на пропускание не является линейно поляризованным (Рис. 2.6(б)). Измерения всех трех параметров Стокса для сигнала второй гармоники в данной экспериментальнойгеометрии не проводилось, однако на основании полученной поляризаци-72Рис.
2.6. (a) Индикатриса гиперрэлеевского рассеяния от пленки графена толщиной 12 моноатомных слоев на стекле в геометрии на просвет (б) Поляризационная зависимость интенсивности ВГ для угла рассеяния θ = 180o .онной зависимости (демонстрирующей нулевые значения параметров S1 иS2 ), литературных данных и характера эксперимента, можно сделать вывод о том, что сигнал второй гармоники является полностью деполяризованным. Схожие результаты были получены для более тонкого образцаи в геометрии «на отражение». Суммарная интенсивность ВГ в зеркальном направлении в зависимости от точки на образце лежала в диапазонеот 0,02 до 0,1 от величины сигнала ВГ от поверхности кремния.
Тем самым, высказанное ранее предположение о малом вкладе графена в сигналВГ от структуры графен/SiO2 /Si(001) является оправданным. Исходя изрезультатов измерения индикатрисы рассеяния можно по формуле (1.13)вычислить значение корреляционной длины для ансамбля нелинейных рассеивателей. Полученное из аппроксимации значение Lcorr = 200 ± 22 нм,что на порядок меньше, чем известные по литературным данным [41, 79]и РЭМ изображению характерные размеры микрокристаллитов в графенеи соответствует скорее толщинам «складок» - границ между микрокристаллитами в графене. Для определения характера флуктуаций квадратичной поляризуемости были проведены совместные измерения рэлеевского игиперрэлеевского рассеяния света в одном и том же образце многослойного графена, полученные результаты представлены на рисунке 2.7.
Какможно видеть, характерная ширина индикатрисы линейного (рэлеевского)рассеяния существенно меньше ширины индикатрисы нелинейного рассеяния, несмотря на то, что измерения рэлеевского рассеяния проводились73Рис. 2.7. (a) Индикатриса гиперрэлеевского рассеяния во второй гармоники от пленки графена толщиной 12 моноатомных слоев; (б) Индикатриса рэлеевского рассеяния света на длиневолны близкой к длине волны ВГ от пленки графена толщиной 12 моноатомных слоев.с использованием длины волны накачки, близкой к длине волны ВГ длянелинейных измерений.
Поскольку выражения, которыми были аппроксимированы индикатрисы рассеяния, отличаются лишь входящей в качествепараметра длиной волны, можно заключить, что корреляционные длиныдля флуктуаций линейной и нелинейной поляризуемостей существенно отличаются. Из аппроксимаций экспериментальных зависимостей для рэлеевского рассеяния получены значения порядка 1, 53 ± 0, 05 мкм, что по порядку величины совпадает с характерными размерами микрокристаллитовв многослойном химически осажденном графене [41, 79] и примерно на порядок превосходит экспериментальное значение корреляционой длины длягиперрэлеевского рассеяния.
Данный результат находится в соответствии сгипотезой о том, что источником сильного нелинейного рассеяния являются узкие области, разделяющие микрокристаллиты, в которых возможнысильные флуктуации квадратичной поляризуемости вследствие нарушениясимметрии неоднородными механическими напряжениями [37], скоплением заряда [115], которые тем не менее не формируют сильных флуктуаций линейной оптической поляризуемости.
Альтернативным тривиальным объяснением наблюдаемого несоответствия параметров линейного инелинейного рассеяния может служить механизм, связывающий неодно-74родность подложки с параметрами нелинейного рассеяния от графеновыхслоев, перенесенных на данную подложку. В случае наличия на подложкенеровностей с подходящими характерными размерами их вклад в нелинейное рассеяние невозможно обнаружить при исследовании чистой подложки, поскольку сигнал ВГ (как когерентный так и диффузный) исчезающемал.
Однако, при нанесении на подложку многослойного графена, обладающего большей (в силу наличия проводимости) нелинейностью, наличиеподобных неровностей подложки может привести к формированию нелинейного диффузного отклика графеновых слоев. Необходимо отметить, чтопоскольку кристаллическая решетка многослойного химически осажденного графена является центросимметричной, со структурой соединения слоев, отличной от ABA-соединения в графите, под нелинейностью в данноммеханизме следует понимать квадрупольный вклад, эквивалентный традиционно рассматриваемому для описания нелинейности металлов [116].Возможность существования такого механизма косвенно подтверждаетсялитературными данными по адгезии графеновых пленок к подложкам разных типов, в особенности плавленному кварцу (SiO2 ) [117].
Для исключения рассматриваемого механизма были проведены измерения индикатрисы гиперрэлеевского рассеяния света для серии образцов, имевших равнуюсреднюю толщину (около 5 моноатомных слоев), но перенесенных на различные подложки - покровное стекло толщиной 150 мкм, эквивалентноеиспользованному ранее и кристаллический кремний (001) с термическивыращенным слоем SiO2 толщиной 300 нм. В последнем случае поверхность подложки являлась атомарно гладкой, что позволяло исключить всемеханизмы, связанные с неровностью подложки. В данном экспериментеизмерения индикатрисы гиперрэлеевского рассеяния проводились в геометрии на отражения под углом падения в 60O и ss комбинации накачкии ВГ (для устранения роли зеркального пика на аппроксимации индикатрис), результаты представлены на рисунке 2.8.
Как можно видеть, внезависимости от типа подложки, индикатрисы ГРР демонстрируют широкий гауссов профиль, соответствующий скорее профилю на рисунке 2.7(a),чем 2.7(б). Обе индикатрисы были аппроксимированы выражением (1.13),что позволило определить величины корреляционных длин Lcorr =240 ± 20нм для образцов на стеклянной подложке и Lc orr=450 ± 56 нм для образцов на подложке Si/SiO2 соответственно. Наблюдаемое различие меж-75Рис. 2.8. (a) Индикатриса гиперрэлеевского рассеяния от пленки графена толщиной 5-6 моноатомных слоев на кремниевой подложке; (б) Индикатриса гиперрэлеевского рассеяния отпленки графена толщиной 5-6 моноатомных слоев на стеклянной подложке.ду этими значениями и полученной ранее величиной, по всей видимости,связано с неучитываемыми различиями между образцами, получаемыми вразличных актах химического газофазного осаждения.
Тем не менее, всетри значения по порядку величины согласуются между собой и с характерными размерами границ между кристаллитами в графене. Необходимоотметить, что для обсуждаемых образцов были также проведены эксперименты по исследованию рэлеевского рассеяния в геометрии на отражениеи полученные корреляционные длины во всех случаях составили величиныпорядка 2-3 мкм.2.4.3.Микроскопия оптической второй гармоники в многослойном графенеРезультаты по измерению азимутальной анизотропии и гиперрэлеевского рассеяния света в многослойном графене позволяют предположить,что распределение источников нелинейной поляризации на частоте второйоптической гармоники является неоднородным в плоскости образцов. Эксперименты по сравнению параметров реллевского и гиперрэлеевского рас-76сеяния в графене позволяют утверждать, что неоднородные распределениялинейной и квадратичной поляризуемостей в плоскости пленок могут несовпадать и быть связаны с различными источниками структурной неоднородности.
Для непосредственной проверки данной гипотезы был применен метод микроскопии второй оптической гармоники с использованиемв качестве накачки излучения титанат-сапфирового лазера с центральнойдлиной волны 800 нм, длительностью импульса 50 фс и частотой повторения 80 МГц. Излучения лазера фокусировалось на образец с помощью100-кратного объектива с числовой апертурой 0,9, в пятно порядка 1,5 мкмв диаметре.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
