Bản thân màng phim có khả năng phản xạ hoặc hấp thụ ánh sáng tới một cách chọn lọc, và màu sắc của nó là kết quả của các đặc tính quang học của màng phim. Màu sắc của màng mỏng được tạo ra bởi ánh sáng phản xạ, vì vậy cần xem xét hai khía cạnh, đó là màu sắc nội tại được tạo ra bởi đặc tính hấp thụ của vật liệu màng mỏng không trong suốt đối với phổ ánh sáng nhìn thấy, và màu sắc giao thoa được tạo ra bởi sự phản xạ nhiều lần của vật liệu màng mỏng trong suốt hoặc hấp thụ nhẹ.
1. Màu sắc nội tại
Đặc tính hấp thụ của các vật liệu màng mỏng không trong suốt đối với phổ ánh sáng nhìn thấy dẫn đến sự xuất hiện của màu sắc nội tại, và quá trình quan trọng nhất là sự chuyển đổi năng lượng photon được electron hấp thụ. Đối với vật liệu dẫn điện, electron hấp thụ năng lượng photon trong dải hóa trị bán đầy để chuyển sang trạng thái năng lượng cao chưa đầy trên mức Fermi, được gọi là chuyển đổi trong dải. Đối với chất bán dẫn hoặc vật liệu cách điện, có một khe năng lượng giữa dải hóa trị và dải dẫn. Chỉ những electron có năng lượng hấp thụ lớn hơn độ rộng của khe năng lượng mới có thể vượt qua khe và chuyển từ dải hóa trị sang dải dẫn, được gọi là chuyển đổi giữa các dải. Cho dù là loại chuyển đổi nào, nó cũng sẽ gây ra sự không nhất quán giữa ánh sáng phản xạ và ánh sáng hấp thụ, khiến vật liệu thể hiện màu sắc nội tại của nó. Các vật liệu có độ rộng khe năng lượng lớn hơn giới hạn tia cực tím nhìn thấy được, chẳng hạn như lớn hơn 3,5eV, trong suốt đối với mắt người. Độ rộng khe năng lượng của các vật liệu có khe năng lượng hẹp nhỏ hơn giới hạn tia hồng ngoại của phổ nhìn thấy được, và nếu nhỏ hơn 1,7eV, nó sẽ có màu đen. Các vật liệu có dải năng lượng ở vùng giữa có thể thể hiện màu sắc đặc trưng. Việc pha tạp có thể gây ra các chuyển tiếp giữa các dải năng lượng trong các vật liệu có khe năng lượng rộng. Các nguyên tố pha tạp tạo ra một mức năng lượng nằm giữa các khe năng lượng, chia chúng thành hai khoảng năng lượng nhỏ hơn. Các electron hấp thụ năng lượng thấp hơn cũng có thể trải qua các chuyển tiếp, dẫn đến vật liệu trong suốt ban đầu thể hiện màu sắc.
1. Màu giao thoa
Các vật liệu màng mỏng trong suốt hoặc hấp thụ nhẹ thể hiện màu sắc giao thoa do sự phản xạ ánh sáng nhiều lần. Giao thoa là sự thay đổi biên độ xảy ra sau khi các sóng chồng chất. Trong thực tế, nếu có một lớp dầu trên bề mặt vũng nước, người ta có thể quan sát thấy lớp dầu có hiện tượng óng ánh, đó là màu sắc được tạo ra bởi sự giao thoa màng điển hình. Việc phủ một lớp màng oxit trong suốt mỏng lên chất nền kim loại có thể tạo ra nhiều màu sắc mới lạ thông qua giao thoa. Nếu một bước sóng ánh sáng đơn lẻ chiếu từ khí quyển lên bề mặt lớp trong suốt, một phần của nó sẽ phản xạ trên bề mặt màng mỏng và trực tiếp trở lại khí quyển; phần còn lại bị khúc xạ qua màng trong suốt và phản xạ tại giao diện giữa màng và chất nền. Sau đó, nó tiếp tục truyền qua màng trong suốt và khúc xạ tại giao diện giữa màng và khí quyển trước khi trở lại khí quyển. Hai điều này sẽ tạo ra sự chênh lệch đường đi quang học và sự giao thoa chồng chất.
Thời gian đăng bài: 30/06/2023