S? ph

1
S? PHÁT SÓNG HÀI B?C 2
Second Harmonic Generation (SHG)
GVHD Lê Th? Qu?nh Anh HV Tr?nh Th? Qu?nh
Nhu Lê Duy Nh?t
2
(No Transcript)
3
NÔ?I DUNG

• Gioi thiê?u vê sóng hài b?c hai
• Sóng hài b?c 2
• Nguyên t?c
• L?ch s?
• 2. ?ng d?ng
• Laser màu
• Kính hi?n vi SHG
• Hi?u ?ng b? m?t

4
Sóng hài b?c 2 (SHG)
SHG (hay còn g?i là s? nhân dôi t?n s?) là quá
trình phi tuy?n, trong dó nh?ng photon tuong tác
v?i v?t li?u phi tuy?n, k?t qu? là t?o ra nh?ng
photon m?i có nang lu?ng g?p dôi (do dó t?n s?
g?p dôi và bu?c sóng gi?m m?t n?a so v?i photon
ban d?u). Ðây là m?t tru?ng h?p c?a s? phát t?n
s? t?ng.
SHG
SHG
5
Sóng hài b?c 2 (SHG)

• P e0 c(1)E e0 c(2)EE e0 c(3)EEE
• P Ð? phân c?c c?a môi tru?ng
• e0 h?ng s? di?n môi trong chân không
• E cu?ng d? di?n tru?ng
• c(i) h?ng s?
• D e0E P eE
• Trong quang phi tuy?n n2 1 c(1)

6
Sóng hài b?c 2 (SHG)
S? d?ng bu?c sóng ? ?0 thì ánh sáng ra s? có
bu?c sóng ? ?0/2 T?n s? nhân dôi ? 2?0
Energy is conserved
Cu?ng d? di?n tru?ng t?ng h?p
Rigorous solution
7
Ði?u ki?n h?p pha

• Ch? khi 2k1 k2 thì có hi?u ?ng SHG

100 hi?u ?ng SHG có th? x?y ra n?u có s? d?ng
b? v? pha
2k1 k2
2k1 ? k2
8
L?ch s? phát tri?n
Nam 1961, v?i s? ra d?i c?a tia laser,
P.A.Frankin, A.E. Hill, C.W.Peters và G.
Weinreich (d?i h?c Michigan, Ann Arbor) phát hi?n
ra hi?n tu?ng phát sóng hài b?c 2.
P. A. Frankin
Leslie Loew và Paul Pampagnola (tru?ng d?i h?c
Connecticut) dã ?ng d?ng SHG d? thu ?nh c?a phân
t?. Joshua Salafsky di tiên phong vi?c s?
d?ng k? thu?t trong vi?c nghiên c?u phân t? sinh
h?c b?ng vi?c dánh d?u chúng v?i th? ho?t d?ng SH
9
?NG D?NG

• Khoa h?c v?t li?u
• Sinh h?c
• Tìm ki?m tinh th? photonic có ngu?n g?c t? v?t
  li?u sinh h?c
• ?nh c?a các mô
• Hi?u ?ng b? m?t

10
Khoa h?c v?t li?u
Tính ch?t c?a v?t li?u GaN
V?i Laser CrFoxterite1230 SHG ? 615-nm Tru?ng
áp di?n tang Không c?ng hu?ng.
11
(No Transcript)
12
B? trí thí nghi?m

• Có th? s? d?ng bu?ng c?ng hu?ng d? tang hi?u ?ng
  SHG.

13
KÍNH HI?N VI

• Kính hi?n vi
• Ð? tuong ph?n
• Ð? phân gi?i
• Ð? xuyên sâu
• Tính không xâm nh?p

• KÍNH HI?N VI C?I TI?N
• Kính hi?n vi tru?ng t?i
• Kính hi?n vi DIC hay PC
• Kính hi?n vi hu?nh quang
• Kính hi?n vi h?i t?
• Kính hi?n vi sóng hài

14
KÍNH HI?N VI
Hu?nh quang nhi?u photon S? phát sóng hài
Ð?u là quá trình phi tuy?n Xuyên sâu cao v?i bu?c sóng IR Ð?u là quá trình phi tuy?n Xuyên sâu cao v?i bu?c sóng IR
Là kính hi?n vi không k?t h?p Làm phai màu ?nh Làm h?ng ?nh Bi?n màu Ph? thu?c m?nh vào bu?c sóng Là kính hi?n vi k?t h?p Không m?t mát nang lu?ng/Không h?p thu/ làm phai màu ?nh không làm h?ng ?nh N?i sinh (Không bi?n màu) S? ch?n bu?c sóng kém

15
KÍNH HI?N VI SHG (SHG microscopy)

• Ð? suy gi?m th?p nh?t ? bu?c sóng kho?ng 1200
  d?n 1300 nm
• Xuyên sâu trong m?u sinh v?t
• Có tác d?ng trong vùng ánh sáng kh? ki?n
• Gi?m hu?nh quang
• Không làm h?ng ?nh
• Thích h?p v?i ch?t xo, s?i
• Không nh?y v?i d?u thu silic

V? hành
Bì l?n
16
KÍNH HI?N VI SHG (SHG microscopy)
17
?ng d?ng trong sinh h?c
Tinh th? photonic t? v?t li?u sinh h?c
18
S? phân bào bì phôi cá ng?a
SHG Tinh th? hóa dãy vi c?u trúc hình ?ng Thu
nh? sau khi vi c?u trúc hình ?ng phân tán.
19
SHG c?a tinh b?t
20
SHG trong s?i gân
SHG t? protein, không ph?i t? d?m
21
K?T LU?N (KÍNH HI?N VI SHG)
Ð? tuong ph?n tang lên dáng k? Ð? phân gi?i
400nm Ð? xuyên sâu gt1.5mm Tính không xâm
nh?p Quan sát du?c th?i k? phôi kéo dài
V? nên các tính ch?t c?a v?t li?u Th? hi?n di?n
tru?ng 3 chi?u Tìm ki?m tinh th? photonic có
ngu?n g?c sinh h?c Phát tri?n ngành sinh v?t h?c
(SHG r?t nh?y v?i c?u trúc phân t?) Nghiên c?u
màng m?ng Ð?ng l?c h?c Hi?n th? cu?ng d? di?n
tru?ng Ð?u dò hi?u ?ng nhi?t ?nh sâu bên trong
c?a mô
22
S? h?p th? c?a ion thiocyanate ? l?p phân cách
dodecanol/nu?c b?ng UV SHG

• Co s? lý thuy?t
• 1.1 Gi?i thi?u chung
• 1.2 H?p ph? và ki?u h?p ph? Langmuir
• 1.3 C?u trúc Dodecanol/nu?c
• K?t qu? và th?o lu?n
• Ph? h?p th? UV c?a NaSCN
• Ph? cu?ng d? SHG theo n?ng d?
• Ph? cu?ng d? SHG theo n?ng d? NaSCN
• Ph? cu?ng d? SHG theo n?ng d? KSCN
• K?t lu?n

23
1.1 Gi?i thi?u chung
Nh?ng k?t qu? th?c nghi?m và lý thuy?t g?n dây
dã ch?ng minh d? x?p ch?t c?a phân t? du?c thi?t
l?p do s? s?p x?p cô d?c c?a các ion t?i b? m?t.
S? liên k?t c?a ion ? b? m?t là quá trình k?t h?p
ph?c t?p c?a các phân t? (complex molecules).
Hi?n tu?ng phát sóng hài b?c 2 c?ng hu?ng t?
ngo?i (resonant UV second harmonic generation) là
do các ion thiocyanate (SCN- ) dao d?ng m?nh
(strongly chaotropic) h?p ph? ? l?p b? m?t gi?a
nu?c và l?p don dodecanol. Nang lu?ng t? do c?a
h?p ph? Gibbs (Gibbs free energy of adsorption)
du?c xác d?nh là 6.7 1.1 kJ/mol (NaSCN) and
6.3 1.8 kJ/mol (KSCN). S? trùng h?p v? giá tr?
? trên quy?t d?nh (determined) là do tính ch?t
c?a thiocyanate (SCN- ) b? m?t gi?a không khí và
nu?c. N?u n?ng d? 4M thì tín hi?u SHG c?ng
hu?ng s? tang gián do?n, ch?ng t? r?ng có s? thay
d?i c?u trúc ? m?t vùng ? b? m?t. Ái l?c di?n
t? c?a các ion khác nhau ? l?p b? m?t dã du?c
Chen nghiên c?u b?ng cách dùng ph? dao d?ng t?n
s? t?ng (vibrational sum frequency spectroscopy
(VSFS))
24
1.2 H?p ph? và ki?u h?p ph? Langmuir

• H?p ph? là quá trình t? t?p (ch?t ch?a, thu
  hút) các phân t? khí, hoi ho?c các phân t?, ion
  c?a ch?t tan lên b? m?t phân chia pha. B? m?t
  phân chia pha có th? là l?ng r?n, khí l?ng,
  khí r?n. Ch?t mà trên b? m?t c?a nó có s? h?p
  ph? x?y ra g?i là ch?t h?p ph?, còn ch?t mà du?c
  t? t?p trên b? m?t phân chia pha du?c g?i là ch?t
  b? h?p ph?.
• Trong quá trình h?p ph?, nang lu?ng t? do b? m?t
  c?a h? gi?m, nghia là ?G lt 0. Ð?ng th?i d? h?n
  d?n c?a h? gi?m (do các ti?u phân c?a các ch?t b?
  h?p ph? trên b? m?t ch?t h?p ph? du?c s?p x?p m?t
  cách có tr?t t?) nghia là ?S lt 0. Do dó t? phuong
  trình nang lu?ng c?a công th?c GIBBS (Th? d?ng áp
  d?ng tích).
• ?G ?H T.?S lt 0.
• T? dó suy ra ??H lt 0.
• Nghia là quá trình h?p ph? là quá trình t?a
  nhi?t. Ði?u này hoàn toàn phù h?p v?i th?c
  nghi?m. Hi?u ?ng nhi?t c?a quá trình h?p ph? du?c
  g?i là nhi?t h?p ph?.

25
1.2 H?p ph? và ki?u h?p ph? Langmuir
H?p ph? v?t lý Các nguyên t? b? h?p ph? liên
k?t v?i nh?ng ti?u phân (nguyên t?, phân t?, các
ion) ? b? m?t phân chia pha b?i l?c liên k?t
vander walls y?u. Nói m?t cách khác, trong h?p
ph? v?t lý các phân t? c?a ch?t b? h?p ph? và
ch?t h?p ph? không t?o thành h?p ch?t hóa h?c
(không hình thành các liên k?t hóa h?c) mà ch? b?
ngung t? trên b? m?t phân chia pha và b? gi? l?i
trên b? m?t b?ng l?c liên k?t phân t? y?u(l?c
vander walls) và liên k?t hidro. S? h?p ph? v?t
lý luôn luôn thu?n ngh?ch. Nhi?t h?p ph? không
l?n. H?p ph? hóa h?c Có nh?ng l?c hóa tr? m?nh
(do các liên k?t b?n c?a liên k?t ion, liên k?t
c?ng hóa tr?, liên k?t ph?i trí) liên k?t nh?ng
phân t? h?p ph? và nh?ng phân t? b? h?p ph? t?o
thành nh?ng h?p ch?t hóa h?c trên b? m?t phân
chia pha. Nói m?t cách khác h?p ph? hóa h?c x?y
ra khi các phân t? h?p ph? t?o h?p ch?t hóa h?c
v?i các phân t? b? h?p ph? và hình thành trên b?
m?t phân chia pha (b? m?t pha h?p ph?). L?c h?p
ph? hóa h?c khi dó là l?c liên k?t hóa h?c thông
thu?ng (liên k?t ion, liên k?t c?ng hóa tr?, liên
k?t ph?i trí) s? h?p ph? hóa h?c luôn luôn b?t
thu?n ngh?ch.
26
1.2 H?p ph? và ki?u h?p ph? Langmuir

• H?p ph? d?ng nhi?t c?a Langmuir
• Trong quá trình h?p ph? nh?ng phân t? khí b? h?p
  ph? s? ? l?i trên b? m?t h?t xúc tác trong m?t
  th?i gian nh?t d?nh d? ti?p nh?n nang lu?ng và
  th?c hi?n quá trình nh? h?p ph?. Quá trình h?p
  ph? và quá trình nh? h?p ph? x?y ra d?ng th?i cho
  d?n khi h?t ph?n ?ng d?t du?c tr?ng thái cân
  b?ng.
• Ð? thi?t l?p du?c phuong trình d?ng h?c cho quá
  trình h?p ph?, Langmuir dã dua ra m?t s? di?u
  ki?n sau (thuy?t h?p ph? d?ng nhi?t c?a
  Langmuir)
• T?t c? các tâm ho?t hóa d?u có tính ch?t nhu
  nhau.
• S? tâm ho?t hóa không thay d?i theo th?i gian.
• M?i tâm ho?t hóa ch? có th? h?p ph? m?t phân t?
  b? h?p ph?.
• Gi?a các phân t? b? h?p ph? không có tác d?ng
  qua l?i.

27
1.2 H?p ph? và ki?u h?p ph? Langmuir
Löïc haáp phuï - Adsorptive Forces
28
1.3 C?u trúc Dodecanol/nu?c
Dodelcanol là m?t hydro cacbon no có nhóm ch?c
c?a ru?u (OH-). C?u trúc n?i t?i c?a
Dodecanol/nu?c là m?t chu?i dài liên k?t c?a
dodecanol và nu?c ? l?p phân cách c?a 2 ch?t.
Di?n tích b? m?t c?a phân t? dodecanol -1 trên b?
m?t nu?c là 20 Angron2. Dùng ph? tia X ngu?i ta
kh?ng d?nh dodecanol n?m d?c (th?ng d?ng) so v?i
b? m?t nu?c. Do dó g?c OH- c?a dodecanol có th?
liên k?t v?i nguyên t? H c?a nu?c. Dodecanol -1
có trong ch?t béo (alipphatic chain). Vì v?y mà
ngu?i ta s? d?ng ph? dao d?ng t?n s? t?ng (VSFS -
vibrational sum frequency spectroscopy) d? xác
d?nh rõ ch? h?ng (khuy?t t?t) c?a các ch?t béo
nh? vào s? chuy?n d?i pha 2D theo nhi?t d?
(Tm(2D)) S? h?p th? b? m?t c?a thiocyanate t?i
b? m?t thiocyanate/nu?c không làm gián do?n m?t
d? c?a thiocyanate và tính d?nh hu?ng c?a l?p don
dodecanol.
29
Ph? h?p th? UV c?a NaSCN
UV absorption spectrum of aqueous sodium
thiocyanate. (Ph? h?p th? UV c?a NaSCN)
30
Ph? cu?ng d? SHG theo n?ng d?
Cu?ng d? SHG ph? thu?c vào b?n ch?t c?a l?p don
dodecanol/nu?c. Cu?ng d? SHG tang lên rõ nét khi
n?ng d? ion tang.
SHG response for NaSCN and KSCN solutions plotted
as a function of bulk concentration
31
Ph? cu?ng d? SHG theo n?ng d? NaSCN, KSCN
SHG response for NaSCN (A) and KSCN (B) solutions
and the corresponding Langmuir fits
32
K?t lu?n
S? h?p th? ion âm ? b? m?t c?a l?p don c?a chu?i
ru?u và nu?c, s? d?ng c?ng hu?ng SHG do s? h?n
d?n (h?n lo?n) m?nh c?a ion thiocyanate. Phép
phân tích Langmuir ch? ra r?ng s? bi?u hi?n c?a
ion thiocyanate ph? thu?c vào n?ng d? th? tích.
Các ion duong d?ng nh?t có hi?u ?ng ái l?c nh?
lên các ion thiocyanate ? b? m?t. K?t qu? dã tìm
ra b? m?t nu?c/ch?t béo, ví d? t? s? h?p th? c?a
ion thiocyanate ngu?i ta hy v?ng có th? h?p th?
nhi?u OH ? thành t? bào. ? n?ng d? cao, cu?ng d?
SHG tang m?t cách gián do?n. ? n?ng d? th?p cho
th?y có s? thay d?i trong c?u trúc b? m?t. Phép
phân tích v?i n?ng d? cao có liên quan d?n ngành
sinh lý h?c.
33
Tài li?u tham kh?o

• Giáo trình Quang phi tuy?n _Tr?n Tu?n_NXB ÐHQG Tp
  HCM
• Hi?u ?ng quang h?c phi tuy?n_ Tr?n Tu?n_Lê Van
  Hi?u_ NXB ÐHQG Tp HCM
• www.pnas.org/cdi/doi/10.1073/pnas.0904800106
• Adsorption of thiocyanate ions to the
  dodecanol/water interface characterized by UV
  second harmonic generation - Robert M. Onoratoa,
  Dale E. Ottena, and Richard J. Saykallya,b,1 -
  Department of Chemistry, University of
  California, Berkeley, CA 94720 and bChemical
  Sciences Division, Lawrence Berkeley National
  Laboratory, Berkeley, CA 94618
• Các bài vi?t khác

34
C?m on s? quan tâm theo dõi c?a cô và các b?n.