Локальная оптическая микроскопия и поляриметрия ближнего поля для исследования оптических свойств поверхностных наноструктур (1103540), страница 6
Текст из файла (страница 6)
В результате экспериментов впервые показана возможность анализа поляризации оптическогоизлучения, провзаимодействовавшего с исследуемым объектом, в режимесобирающего (локальный сбор излучения апертурным зондом) СОМБПна примере раздельной визуализации магнитной доменной структуры иструктуры доменных границ в пленках ферритов-гранатов. Оцененная вдиссертационной работе максимальная чувствительность статической схемы поляризационного СОМБП к углу поворота плоскости поляризациисоставила 4ϕ = 0.8◦ .Исследование поведения пленок ферритов-гранатов при уменьшениитолщины пленок приводит к необходимости увеличения чувствительностиполяризационного СОМБП к углу поворота плоскости поляризации, чтостановится весьма затруднительно при использовании статической схемыполяризационного СОМБП.
В поисках возможностей для исследования локальных поляризационных свойств тонких (h < 1 мкм) пленок ферритовгранатов были разработаны и созданы узлы, адаптирующие аппаратуруСОМБП для локальной оптической динамической поляризационной микроскопии ближнего поля.Для повышения чувствительности СОМБП к углу фарадеевского24Рис. 11.Распределение интенсивности ЭМП вблизи полимерного наноцилиндра, покрытого пленкой Au-Pd толщиной 25 нм-(a), и изображения поляризационной структуры ЭМП вблизи вершины наноцилиндра-(б,в). СОМБП изображения получены в режиме сбора оптического излучения апертурным зондом.
Ориентация анализатора относительно поляризации падающего излучения: параллельно-(б); перпендикулярно-(в).вращения применена модуляция угла линейной поляризации падающегоизлучения, что в сочетании с синхронным детектированием позволяет существенно повысить чувствительность методики. Применение электрооптического модулятора МЛ-102 с управляющим контроллером позволяетиспользовать различные возможные способы модуляции угла поляризации с частотой модуляции до fm ≤ 150 кГц. Основным преимуществомдинамического метода является отсутствие зависимости поляризационного контраста от интенсивности неполяризованной компоненты излучения(засветки или частично деполяризованного апертурой зонда излучения).Результаты поляриметрических СОМБП исследований с применением модуляционной методики представлены на рис. 10. В качестве объекта исследования использовалась Bi-содержащая пленка феррита-гранататолщиной h=0.55 мкм, внутренней намагниченностью M0 = 450 Гс, напряженностью магнитного поля коллапса доменов HK = 2100 Э и угломфарадеевского вращения в доменах ϕ ≈ 0.7◦ .
Полученные локальные распределения магнитного кругового двойного лучепреломления (рис. 10(б,в))демонстрируют, что, несмотря на наличие апертуры с размерами, многоменьшими длины волны, с помощью созданной установки динамическойполяризационной СОМБП возможно наблюдать локальный поворот плоскости поляризации менее 0.7◦ . В результате оценки, проведенной в диссертационной работе, установлено, что чувствительность динамической схемыСОМБП составила порядка 4ϕ = 0.2◦ . Это позволяет успешно использовать СОМБП для изучения ультратонких ферромагнитных и ферримагнитных сред.В заключении главы приводятся описание и результаты экспериментов по изучению локальной поляризационной структуры оптических вихревых структур (описанных в главе 3), возникающих при взаимодействииполяризованного излучения с металлизированными наноцилиндрами. Эксперимент проводился совместно по методике трехмерного картированияЭМП и статической поляризационной СОМБП.
Трехмерное картирование25осуществлялось по методике, которая описана выше (см. главу 3), однаков оптическую схему дополнительно были введены элементы, позволяющиерегистрировать кроме интенсивности ЭМП также и его поляризацию. Результаты экспериментов представлены на рис. 11. На рис. 11(а) приведенодвумерное распределение интенсивности ЭМП на высоте 20 нм над вершиной металлизированного наноцилиндра, стрелкой указано ориентация вектора E падающего излучения. Поляризационная структура или различныераспределения компонент ЭМП на высоте 20 нм над вершиной наноцилиндра представлены на рис.
11(б,в). Интересным фактом, обнаруженнымв результате анализа поляризационной структуры в вихревом распределение ЭМП вблизи металлизированного наноцилиндра, является наличиеудвоенного периода на компоненте ЭМП, перпендикулярной (рис. 11(в))возбуждающему излучению. Исчерпывающего теоретического объясненияподобному эффекту в настоящее время не существует, что говорит о необходимости дальнейшей углубленной теоретической и экспериментальнойработы в таком чрезвычайно перспективного направления, как сканирующая оптическая микроскопия/поляриметрии ближнего поля.Основные результаты и выводы1. Создана экспериментальная установка СОМБП модульной конструкции для комплексного исследования абсорбционных, люминесцентных и поляризационных оптических свойств субмикро- и наноструктурс оптическим разрешением существенно превосходящим дифракционныйпредел (вплоть до 30 нм), топографическим разрешением 0.3 нм и чувствительностью к силе воздействия зондирующего острия с поверхностью0.4 нН.
Модульная конструкция позволяет реализовать все известные режимы работы СОМБП в проходящем/отраженном свете и в комбинированном режиме (при котором апертурный зонд используется как источники коллектор излучения одновременно), а также в режиме фотонный сканирующий туннельной микроскопии.2. Разработана и реализована методика изучения трехмерного распределения электромагнитного поля вблизи объектов нанометровых размеров с оптическим разрешением ∼ 30 нм. Проведено изучение трехмерного распределения ЭМП вблизи одиночных наноструктур, представлявшихсобой периодически расположенные полимерные и металлизированные наноцилиндры. Экспериментальные результаты сопоставлены с результатамичисленного расчета по методу FDTD. Сравнение расчетных и экспериментальных результатов доказало возможность использования разработаннойметодики для изучения трехмерного распределения электромагнитного поля вблизи наноструктур.3.
Впервые методом СОМБП обнаружен эффект формирования оптических вихрей, возникающих при прохождении через металлизированныенаноструктуры с определенным типом симметрии. Выявлен механизм формирования распределения электромагнитного поля со спиральной структурой, заключающийся в возбуждении циркулярных поверхностных плазмо-26нов и их взаимодействии с падающей волной.4.
Методом сканирующей оптической микроскопии ближнего поляпроведено экспериментальное исследование кластеризации люминесцентного красителя в полимерной пленке с оптическим разрешением, многоменьшим длины волны излучения накачки (λ = 532 нм) и длины волныизлучения люминесценции (λlum = 605 нм). Установлено, что характерный масштаб неоднородности распределения люминесцентного красителяв полимерной пленке толщиной 100 нм, составляет 150 нм, что значительно меньше длины волны излучения, соответствующего максимуму спектралюминесценции красителя.5. Создана установка для статической и динамической поляризационной микроскопии ближнего поля на базе созданного диагностическогокомплекса СОМБП. Разработана методика исследования, позволяющая получать информацию о локальных поляризационных свойствах объектов схарактерными масштабами меньше длины волны оптического излучения ис чувствительностью по углу вращения поляризации 4ϕ = 0.8◦ в статическом режиме и 4ϕ = 0.2◦ в динамическом.6.
На основе метода сканирующей оптической микроскопии/поляриметрии ближнего поля разработан метод определенияпространственного распределения различно поляризованных компонент оптического ближнего поля вблизи поверхностных наноструктур.Методика позволяет получать информацию о распределении линейнополяризованных компонент ближнего поля с пространственным разрешением вплоть до 30 нм. Проведено изучение пространственногораспределения ортогонально поляризованных компонент ЭМП вблизиодиночной апертуры диаметром d = 50 ÷ 150 нм.
Показано качественноеразличие в локализации этих компонент в непосредственной близостиот апертуры субдлинноволнового размера в металлической пленке, чтохорошо согласуются с теоретическими расчетами.7. Впервые показана возможность изучения магнитного круговогодвулучепреломления (эффекта Фарадея) в тонких (h < 1 мкм) пленкахс помощью анализа поляризации локально собранного апертурным зондомизлучения, прошедшего через образец. На примере исследования эффектаФарадея в Bi-содержащих пленках ферритов-гранатов продемонстрирована возможность изучения в такой схеме особенностей и тонкой структурымагнитных доменов и доменных границ с чувствительностью к фарадеевскому углу вращения порядка 4ϕ = 0.2◦ .Основные результаты опубликованы в следующих работах:1. Ежов А.А., Музыченко Д.А., Панов В.И.
Модульный сканирующийзондовый микроскоп для силовой и ближнепольной оптической микроскопии/спектроскопии наноструктур // Препринт физического факультета МГУ. 1998. № 12, Вып. 9. С. 12–22.2. Ежов А.А., Музыченко Д.А., Панов В.И. Оптический теневой и пьезоэлектрические датчики силы для атомно силовых микроскопов и273.4.5.6.7.8.9.10.11.12.сканирующих оптических микроскопов ближнего поля // Препринтфизического факультета МГУ. 1999.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
