Взаимодействие полупроводников и систем, содержащих наночастицы, с электромагнитным полем, страница 9

Показано, что рассеяние ППП в ППП являетсяанизотропным с преимущественным рассеянием в направлении распространения падающей волны (электродипольное приближение), что обусловленоналичием продольной составляющей электрического поля. Установлено, чтоугловое распределение рассеянных световых волн существенным образом зависит от расстояния между рассеивателем и поверхностью с ППП. Сравнение эффективностей различных каналов рассеяния ППП показало, что длянаночастицы, локализованной в непосредственной близости от поверхностис ППП, основным каналом рассеяния ППП является рассеяние в ППП дляширокого набора параметров.

Однако с увеличением длины волны плазмонов происходит смена основного канала рассеяния ППП: для больших длинволн основным каналом рассеяния ППП становится рассеяние в свет. Такоесоотношение между сечениями рассеяния практически не зависит от диэлектрических свойств рассеивателя.

Впервые явно получены условия, при которых дипольное приближение является достаточным в задачах рассеянияповерхностных электромагнитных волн оптического диапазона (поверхностных плазмон-поляритонов) малой сферической частицей.6. Выполнен анализ влияния магнитного дипольного момента сферическойнаночастицы на рассеяние ППП в зависимости от ее размера, для этого получены дифференциальные и полные сечения рассеяния сферической наноча34стицей ППП в ППП и в свет с учетом магнитно-дипольного вклада. Показанона примере систем из благородных металлов, что магнитно-дипольный вкладможет существенно влиять на угловую зависимость дифференциальных сечений рассеяния, увеличивая их анизотропию с увеличением длины волныплазмонов и оставляя практически неизменными полные сечения рассеяния.7.

Выполнен теоретический анализ рассеяния ППП малой эллипсовиднойчастицей, локализованной у границы раздела проводящая среда-диэлектрик.Показано, каким образом дифференциальные и полные сечения рассеянияППП зависят от формы частицы и ее ориентации относительно поверхностис ППП и направления распространения внешней волны. Установлено, что вобщем сфероиды, вытянутые вдоль направления, перпендикулярного поверхности с ППП, рассеивают плазмоны значительно эффективнее, чем частицытого же объема, но имеющие форму сплюснутого в перпендикулярном направлении к границе с ППП сфероида. Однако в отличие от общей ситуациив системе могут сложится условия, когда эффективность рассеяния ПППсплюснутыми сфероидальными частицами может резко увеличиться за счетконфигурационного резонанса.

Эти условия определяются формой частицыи ее положением относительно поверхности с ППП. Установлено, что длячастиц, вытянутых в плоскости распространения ППП, дифференциальныерассеяния ППП в ППП имеют сильную анизотропию с максимумом рассеяния в направлении большей оси сфероида. Последний эффект может бытьиспользован для создания микрооптических элементов для ППП.8.

В соответствии с недавними экспериментальными результатами выполнено численное моделирование функционирования делителя гауссового пучкаповерхностных плазмон-поляритонов, образованного прямой цепочкой сфероидальных наночастиц. Установлено, что эффективность деления пучка зависит от геометрических параметров сфероидов, определяющих форму наночастиц в цепочке.

Показано, что включение в векторную модель многократного рассеяния ППП анизотропной поляризуемости наночастиц позволяет получить количественное согласие между результатами моделированияи экспериментальными данными в отношении варьирования таких параметров, как форма частиц и угол падения ППП на цепочку. Продемонстрировано, что с уменьшением угла между направлением пучка ППП и направлениемцепочки эффективность отражения ППП растет. Обнаружено, что если этотугол становится достаточно малым, то отраженный пучок расщепляется насистему отдельных лучей за счет его интерференции с частью падающегопучка, который не испытывает отражения от цепочки наночастиц. Данныйэффект получил экспериментальное подтверждение. Также установлено, чтоэффективность деления пучка ППП не зависит от величины перетяжки падающего пучка ППП, тогда как их угловое разделение может уменьшаться с35уменьшением величины перетяжки для относительно больших углов междупадающим пучком и цепочкой наночастиц.9.

Теоретически рассмотрена возможность распространения поверхностных плазмон-поляритонов вдоль цепочек сильно взаимодействующих наночастиц, локализованных в непосредственной близости от плоской металлической поверхности. Показано, что локализация распространения ППП вдольцепочек наночастиц является достижимой для широкого набора параметров,но существенным образом зависит от сечения рассеяния ППП отдельной наночастицей в цепочке и от межчастичного расстояния. Показано, что распространение ППП вдоль изогнутых цепочек наночастиц возможно, если длинацепочек и радиус их кривизны значительно больше длины их волны.10.

В соответствии с недавними экспериментальными результатами выполнено численное моделирование процессов возбуждения, фокусировки и направленного распространения поверхностных плазмон-поляритонов с помощью изогнутой цепочки сфероидальных наночастиц, расположенных на металлической поверхности. Установлено, что режим фокусировки ППП сильнозависит от межчастичного расстояния в цепочке. При этом фокусирующий инаправляющий эффекты с оптимальными свойствами могут быть полученыв случае, когда расстояние между частицами в цепочке меньше длины волныплазмонов. Сильный фокусирующий эффект с фокусом в центре кривизныцепочки получается при относительно большом отношении размера светового пятна, возбуждающего ППП, к радиусу кривизны цепочки. Если размерсветового пятна уменьшается, то фокусирующий эффект ослабляется и в системе возникает хорошо коллимированный пучок ППП.Основные результаты диссертации опубликованы в работах:1.

Дмитриев А.В., Евлюхин А.Б. Межзонный и примесный пробой в полупроводниках с примесной зоной. // ЖЭТФ, т. 104, с. 4094–4106(1993).2. Дмитриев А.В., Евлюхин А.Б. Interband and impurity breakdown in asemi-conductor with a nimpurity band in a high electric field. // Semicond.Sci. Technol., v. 9, p. 2056–2066 (1994).3. Дмитриев А.В., Евлюхин А.Б. Оже рекомбинация в вырожденных узкощелевых полупровдниках р-типа. // Изв. РАН (сер.

Физическая),т. 8, с. 122–126 (1995).4. Дмитриев А.В., Евлюхин А.Б. Межзонные оже переходы и время жизни носителей заряда в вырожденных узкощелевых полупроводникахр-типа. // ФТП, т. 29, с. 1733–1742 (1995).365.6.7.8.9.10.11.12.13.14.Evlyukhin A.B., Gerke M.N., Yakutin S.E. Fabrication of the fiber tip bycombined method for scanning near-field measurements. // Proceedings ofthe 30 International CIRP Seminar on Manufacturing Systems - LANE’97,Germany, Erlangen, р. 331–332 (1997).Дмитриев А.В., Евлюхин А.Б. Порог и вероятность ударной ионизацииэлектронами в узкощелевых полупроводниках р-типа с сильно вырожденными дырками. // ФТТ, т. 39, с. 275–279 (1997).Dmitriev A.V., Evlyukhin A.B. Electron impact ionization in p-typedegene- rate narrow gap semiconductors with a Kane band dispersion law.// Semicond.

Sci. Technol., v. 12, p. 29–34 (1997).Евлюхин А.Б. Расчет вероятности энергетической релаксации электронов на вырожденной плазме тяжелых дырок в полупроводниках.// Труды IV международной конференции "Математика, Компьютер, Образование". Пущино, 29 января-3 февраля, Россия, c. 101–104(1997).Силонов В.М., Евлюхина Е.В., Крысько О.В., Евлюхин А.Б. Влияниемежатомных корреляционных эффектов на ближний порядок в поликристаллических ГПУ-сплавах. // ФТТ, т. 41, с. 2109–2115 (1999).Evlyukhin A.B., Evlyukhina E.V., Bantser R.M., Levkin S.G., ParfenovaN.N.

Optical response of semiconductor nanostructure with free chargecarriers in scanning near-field optical microscope. // Institute of PhysicsPublishing, Bristol and Philadelphia. Conf. Ser. Vol. 169, Microscopy ofSemiconducting Materials, University Oxford 25-29 March, UK, p. 591–597(2001).Евлюхин А.Б., Петров А.Е. Трехмерная граничная задача дифракцииэлектромагнитных волн в ближнеполевой оптической микроскопии наноскопического объекта в твердом теле. // Труды 4-й Всероссийскойнаучной конференции "Краевые задачи и математическое моделирование", Новокузнецк, т. 1, с.

72–76 (2001).Евлюхин А.Б. Влияние мезоскопических полупроводниковых возмущений на распределение электромагнитных полей в ближнеполевойоптической микроскопии. // Письма в ЖТФ, т. 28, с. 6–11 (2002).Evlyukhin A.B. Application of optical near-field microscopy forinvestigation of semiconductor nanostructure properties. // Proc. SPIE,v.4644, p.503–510 (2002).Evlyukhin A., Fadeeva I.