Перспективы применения Мюллер-эллипсометрии в сельскохозяйственном производстве Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

Сельскохозяйственные науки

УДК 338.439

DOI 10.1555/2409-3203 -2018-0-13 -97-100

ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ МЮЛЛЕР-ЭЛЛИПСОМЕТРИИ В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

Косырев Николай Николаевич

к.ф.-м.н., доцент кафедры агроинженерии ФГБОУ ВО Красноярский ГАУ Ачинский филиал Россия, г. Ачинск

Аннотация: В данной работе рассмотрен вопрос применимости поляризационных методик в агропромышленной отрасли. В частности, метода Мюллер-эллипсометрии, как наиболее информативного из поляризационных оптических методов. Метод основан на анализе изменения состояния поляризации при отражении света от исследуемого образца. Следовательно, исследованию подлежат любые объекты, имеющие зеркальную отражающую поверхность. Показано, что существуют методики пробоподготовки, позволяющие достигнуть этого критерия даже для объектов, казалось бы, совершенно не подходящих для исследования отражательными методами. Определено, что в настоящее время метод Мюллер-эллипсометрия является перспективным методом контроля в технике, в том числе в сельскохозяйственном производстве.

Ключевые слова: эллипсометрия, поляриметрия, матрицы Мюллера, агрофизика PERSPECTIVES OF MULLER-ELLIPSOMETRY IN AGRICULTURE

Kosyrev Nikolay Nikolaevich

Ph. D, associate professor Department of Agriengineering Achinsk branch of the Krasnoyarsk State Agrarian University

Achinsk, Russia

Annotation: In this paper we consider the applicability of polarization techniques in the agro-industrial sector. In particular, the Muller-ellipsometry is the most informative of polarization optical techniques. The technique is based on an analysis of the change in the state of polarization upon reflection of light from the sample. Consequently, any objects having a mirror reflecting surface are subject to investigation. It is shown that there are sample preparation techniques that allow to achieve this criterion even for objects that seemingly are not suitable for investigation by reflective methods. It is determined that at present the Mueller-ellipsometry method is a perceptive method of control in engineering, including in agricultural production.

Keywords: ellipsometry, polarimetry, Mueller matrix, agrophysics.

1. Введение

Под термином "эллипсометрия" понимают раздел оптики, предметом которого являются [1]:

1) разработка методов описания и измерения состояния поляризации светового пучка и измерение этого состояния при отражении светового пучка от любой отражающей системы;

2) исследование строения и определение параметров отражающей системы путем анализа изменений состояния поляризации светового пучка при отражении.

В эллипсометрии применяются различные источники излучения в диапазоне длин волн по крайней мере от 1 мм до 0,1 нм. Существуют рентгеновская, ультрафиолетовая, радиоволновая эллипсометрия. Однако, наибольшее распространение эллипсометрия получила в спектральной области 220-800 нм.

Области применения метода эллипсометрии довольно обширны: от фундаментальных научных исследований до контроля поверхностей на производстве и медицины. По данным статистического анализа научных публикаций, проведенных в работе [5] области применения эллипсометрии распределяются следующим образом: 40% -микроэлектроника, 26% - оптика, 19% - электрохимия, 6% - органическая химия, 5% -биология и медицина, 4% - нетрадиционные области.

С другой стороны, магнитооптические эффекты Керра (MOKE) [2] часто применяются в качестве метода изучения поверхностного магнетизма. Благодаря сверхвысокой чувствительности (доли монослоя), легкого внедрения и местного зондирующего характера, метод MOKE применяется к различным сферам тонкопленочного магнетизма, включая магнитный фазовый переход, магнитную анизотропию, процесс магнитного переключения и переход спиновой переориентации.

Комбинация этих двух методов исследования в одной установке открывает новые важные экспериментальные возможности.

В данной работе рассматривается возможность исследовать оптические свойства нанопокрытий и других материалов, имеющих применение в сельскохозяйственном производстве и науке, на поляриметрической установке методом магнитной Мюллер-эллипсометрии.

Классические измерения эллипсометрии требуют, чтобы световой луч оставался полностью поляризован в ходе эксперимента. Однако, при работе с реальными объектами (например - биологические объекты), данное условие часто не выполняется. Напомним, что можно говорить о полностью поляризованном световом пучке в том случае, когда относительная фаза между различными компонентами электромагнитного поля вдоль двух ортогональных направлений остается постоянной. Если по какой-то причине, присутствуют относительные фазовые изменения (спектрально, пространственно, и / или временно), свет становится частично поляризованным. В этом случае одиночные эллипсометрические измерения теряют физический смысл. Для измерения и интерпретации физических свойства частично поляризованного света надлежащим образом, необходимо использовать более общий метод, который называется Мюллер-эллипсометрией или поляриметрией [3].

Мюллер-эллипсометрия представляет собой оптический метод, который измеряет матрицу Мюллера 4 х 4 (ММ), которая в общем случае имеет ненулевые компоненты. В случае стандартной эллипсометрии ММ сводится к матрице, элементы которой линейно зависимы от классических эллипсометрических углов Y и А:

М

1 О О

-соь(2у/) 1 О О

О 0 $т(2^)со5Д Ш1(2<//) У1И А

О 0 8Ш А чт(2у/)соэД ,

(1)

Другими словами, Мюллер-эллипсометрия в комплексе с магнитооптическими эффектами - перспективный метод, способный в полной мере характеризовать поляризационный отклик любого отражающего образца, в том числе металлических нанопокрытий все чаще находящих применение в технике, не исключая агропромышленный сектор.

Однако, в сельскохозяйственном производстве и науке большинство объектов нельзя, все-таки, отнести к категории покрытий, зеркально отражающий свет, хотя исследовать их оптические свойства представляет интерес. В таком случае, такие объекты, например, вытяжку почвы или биомолекулы можно иммобилизовать на поверхности тонкопленочных покрытий.

В этой связи большой потенциал имеет подход, базирующийся на анализе поляризованного света в условиях наличия поверхностного плазмонного резонанса (ППР) при полном внутреннем отражении [4]. Это обеспечивает рекордно высокую чувствительность к особенностям состояния пограничной фазы на поверхности и в приповерхностной области нанослоев металла, в качестве которой могут выступать растворы биоорганических молекул или их нанослои [5].

Рисунок 1 - Измерительная ячейка для измерения поверхностного плазмонного

резонанса

Например, в работах [6] представлен ППР-комплекс, включающий эллипсометр и измерительную систему, имеющую в своем составе ППР-ячейку (рис.1), обычно состоящую из следующих компонент. Зондирующий поляризованный луч 1 падает через стеклянную призму на пластину (из стекла с подслоем титана), на которую методом термического испарения нанесен тонкий слой золота толщиной 40 нм. Данная стеклянная пластина представляет собой верхнюю крышку измерительной ячейки 3, через которую осуществляется циркуляция жидкости, в которую реализуется ввод биоорганических объектов, подлежащих исследованию, например вытяжки почвы.

Оценки, проведенные авторами [6] показывают, что в случае чувствительности эллипсометра равной 0.01°, можно фиксировать изменения показателя преломления ~0.000001 вблизи условий наблюдения ППР. Такая чувствительность позволит наблюдать рекордно малые концентрации биоорганических объектов в растворе и при адсорбции их на поверхности металлического слоя.

Список литературы:

1. Основы эллипсометрии. Под ред. Ржанова А.В. Новосибирск, "Наука", 1979.

2. Bader S.D. Surface magneto-optic Kerr effect // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 1991. - V.100. - P. 440-454.

3. M. Losurdo and K. Hingerl (eds.), Ellipsometry at the Nanoscale // SpringerVerlag Heidelberg,2013.

4. Kretschmann E., Raether H. Naturforschung, 1968, V.123, P.2135.

5. Stewart C.E., Hooper I.R., Sambles J R. J.Appl.Phys., 2008, V.41, P.105408.

6. С.В. Рыхлицкий, В.Н. Кручинин, В.А. Швец, Е.В. Спесивцев, В.Ю. Прокопьев. Спектральный плазмон-эллипсометрический комплекс «ЭЛЛИПС-СПЭК». Приборы и техника эксперимента, 2013, № 1, с. 137-138.

7. Kinetic Binding Studies using OptiSlides. Nanofilm Surface Analysis a division of Halcyonics GmbH (2008)

8. https://imc-systems.ru/practic/Ellipsometrija-v-issledovanii-kinetiki-svjazivanija/

УДК 624.072.014.2-415.046.2

DOI 10.1555/2409-3203-2018-0-13-100-104

ПРОРАСТАНИЕ, ЗАРАЖЕНИЕ, ИНКУБАЦИЯ PSEUDOPERONOSPORA

CUBENSIS

Тимошенко Николай Николаевич

к.с.х.н., доцент кафедры агроинженерии ФГБОУ ВО Красноярский ГАУ Ачинский филиал Россия, г. Ачинск

Аннотация: Прорастание зооспорангиев, выход зооспор и конидий Pseudoperonospora cubensis.

Ключевые слова: Сапролегноидный, тип, питиоидный, проростание, заражение, инкубация, зооспорангии, конидии.

GERMINATION, INVECTION, INCUBATION PSEUDOPERONOSPORA CUBENSIS

Nicolay N. Timoshenko

PhD in Agricultural sciences, Associate Professor at the Department of

Agro engineering Achinks branch of the Krasnoyarsk State Agrarian University Russia, the city of A^inks

Abstract: The germination of zoosporangia the exit of zoospores and conidia.