Магнитооптические эффекты в одномерных магнитофотонных кристаллах (1103609)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М. В. ЛомоносоваФизический факультетНа правах рукописиЕрохин Сергей ГеннадьевичМАГНИТООПТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫВ ОДНОМЕРНЫХ МАГНИТОФОТОННЫХ КРИСТАЛЛАХСпециальность 01.04.11 – физика магнитных явленийАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание учёной степеникандидата физико-математических наукМосква 2008Работа выполнена на кафедре магнетизма физического факультетаМосковского государственного университета им.
М. В. Ломоносова.Научный руководитель:доктор физико-математических наук,профессор А. Б. ГрановскийОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,профессор В. А. Кульбачинскийкандидат физико-математических наук,ст. н. с. М. Е. ЖуравлевВедущая организация:Московский государственный институт радиотехники, электроники иавтоматики (технический университет), г. МоскваЗащита состоится « 22 » мая 2008 года в 16:00 на заседаниидиссертационного совета Д 501.001.70 при Московском государственномуниверситете им.
М. В. Ломоносова по адресу: 119992, ГСП-2, Москва,Ленинские горы, д.1, стр. 35, конференц-зал Центра коллективногопользования физического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Физическогофакультета МГУ им. М.В.Ломоносова.Автореферат разослан « 22 » апреля 2008 года.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 501.001.70доктор физико-математических наук, профессор2Г.С. ПлотниковОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы. В последние годы значительное внимание уделяетсяисследованию магнитооптических (МО) свойств искусственно созданныхмагнитныхнаноструктур,ферромагнитныхнанокомпозиты,такихметалловкакитонкиепленкимагнитныхмультислойныенаосновеполупроводников,структуры,магнитофотонныекристаллы. Это связано с целым рядом факторов, имеющих как научное,так и прикладное значение.
Во-первых, МО методы весьма эффективныдляизученияособенностейразнообразныхсвойствмагнитныхнаноструктур и позволяют изучать процессы перемагничивания испиновую динамику с рекордным быстродействием,превышающимпикосекундное разрешение. Во-вторых, с помощью МО методик возможноопределение спиновой поляризации электронов всоздаваемых новыхмагнитных материалах, таких как ферромагнитных при температурахвыше комнатной разбавленных магнитных полупроводниках и оксидах, иперспективныхмеханизмовматериалахспинтроники.взаимодействияВ-третьих,электромагнитногоисследованиеизлучениясферромагнетиками и целенаправленный поиск усиления МО откликаимеет самостоятельное научное значение и необходимо для созданиянового поколения МО устройств оптоэлектроники, систем отображения,хранения и передачи информации, магнитной голографии, магнитныхсенсоров и т. д.Магнитофотонные кристаллы (МФК) – это одно-, двух-, илитрёхмерные периодические структуры, период которых сравним с длинойволныэлектромагнитногоизлученияикоторыесостояткакизнемагнитных, так и магнитных компонент [1,2].
Отличительной чертойфотонных кристаллов (ФК) является появление запрещённых зон в спектре3электромагнитного излучения, т.е. интервалов длин волн, где свет или нераспространяется, или распространяются только определённые егополяризации. Применение магнитных материалов в качестве компонентФК открыло целый ряд преимуществ, а, именно, позволило как усилитьМО эффекты, так и наметить пути к созданию управляемых магнитнымполем устройств магнитофотоники [1,2]. Однако, наличие поглощениясветавбольшинствеМОматериалахсущественноограничиваетвозможности их использования в МФК, поэтому нахождение на основетеоретическогомагнетикахконкретногоисследованиянеявляетсяМОусловий, когдапрепятствиемэффектавдляМФК,поглощениеусиленияявляетсясветавкакого-либоважнойзадачей,определяющей развитие данного направления магнитофотоники.Целью работы явилась разработка теории МО эффектов в одномерныхМФК и нахождение способов усиления этих эффектов, как за счетиспользования новых магнитных материалов, так и оптимизации характерараспределения электромагнитного поля в МФК при наличии поглощениясвета.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:- разработка методики и программного обеспечения для расчёта МОоткликамногослойныхструктурсучётомпространственнойдисперсии- нахождение условий усиления МО эффектов Фарадея и Керра водномерных МФК на основе ферритов-гранатов- исследованиевозможностинанокомпозитовииспользованиядругихматериалов,вМФКмагнитныххарактеризующихсяпоглощением света- исследование МО эффектов в резонансных МФК на основеэкситонныхвозбужденийвполупроводников4квантовыхямахмагнитныхНаучная новизна и практическая ценность.Полученныевдиссертационнойработерезультатырасширяютпредставление о МО явлениях в МФК и наноструктурах.
Выявленноесильное влияние особенностей распределения электрического поля врезонаторах типа Фабри-ПероКерра,на усиление МО эффектов Фарадея имагниторефрактивного эффекта (МРЭ) позволяет не толькодостичь высоких для этих МО эффектов значений, но и дает возможностьиспользования в МФК материалов с поглощением, таких как магнитныенанокомпозиты или магнитные полупроводники. Впервые предложена ирассмотрена модель ФК с контрастом на затухании и показано, чтокоэффициенты прохождения, отражения и поглощения света зависят отпериодическогоилинепериодическогохарактерараспределенияпоглощающих свет центров.
Предсказана возможность значительногоусиления МО эффектов в МФК на основе экситонных возбуждений вквантовых ямах. Выполненные теоретические исследования позволилипредложить новый тип управляемых магнитным полем модуляторов светана основе экситонных возбуждений в квантовой яме, существующей в ФК.Результатыоптимизацииработымогутбытьиспользованыдляразработкиифункциональных устройств магнитофотоники на основеМФК.Назащитувыносятсяосновныерезультаты,которыеможносформулировать следующим образом:1. На основе модифицированного метода трансфер-матриц рассчитаныМО эффекты Фарадея и Керра в МФК с дефектом на основе висмутсодержащего граната и определены параметры структур, прикоторых фарадеевское вращение, удельное фарадеевское вращение иМО добротность достигают максимальных значений.52.
Выявленосильноевлияниеособенностейраспределенияэлектрического поля в резонаторах типа Фабри-Перо на усилениеэффектов Фарадея, Керра и МРЭ.3. Показано,чтоналичиепоглощениясветавмагнитныхнанокомпозитах не является принципиальным препятствием длясоздания МФК на их основе. МРЭ значительно усиливается в МФК,содержащих встроенный слой магнитного нанокомпозита, и приэтом относительное изменение коэффициента отражения такихструктур при приложении магнитного поля может превышать 60%.4. ФК могут быть построены только на контрасте мнимых компонентдиэлектрическойпериодическоепроницаемости,расположениеприэтомпоглощающихнайдено,центровчтоможетприводить как к повышению прозрачности, так и к ее понижению.5. Метод расчёта оптического отклика структур, построенных наоснове квантовых ям, обобщён на магнитооптику многослойныхсистем.
Показано, что МО эффект Фарадея значительно усиливаетсяв МФК типа Фабри-Перо, содержащих в качестве дефекта квантовуюяму.Апробацияработы.Результаты,изложенныевдиссертации,докладывались и обсуждались на следующих конференциях:International Conference on Materials for Advanced Technologies 2003,Singapore, 2003; International Workshop on Novel Electromagnetic Functionsof Nanoscale Materials, Japan, 2003; International Baikal Scientific Conference"Magnetic Materials" 2003, Russia; 27th ESA Antenna Workshop on InnovativePeriodic Antennas, 2004, Spain; MRS Fall Meeting, 2004, USA; XIX и XXМеждународнаяшкола-семинар"Новыемагнитныематериалымикроэлектроники", 2004 и 2006, Москва, Россия; EASTMAG-2004,Екатеринбург, Россия; International conference “Functional Materials” 2007,6Crimea, Ukraine; Symposium and summer school "Nano and Giga Challengesin Microelectronics", 2004, Poland; MORIS-2006, Pittsburg, USA; Ежегоднаяконференция ИТПЭ ОИВТ РАН, 2003, 2004, Россия; Международнаяконференциястудентов,аспирантовимолодыхучёныхпофундаментальным наукам "Ломоносов - 2003" и "Ломоносов - 2004";Международная зимняя школа физиков-теоретиков "Коуровка - 2004" и"Коуровка - 2008", Россия; Moscow International Symposium on Magnetism,2005, Russia.Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 28 печатныхработ, включая 6 статей, 9 публикаций в материалах конференций и 13тезисов докладов.Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из шестиглав, заключения и списка литературы. Полный объём работы 115 страницмашинописноготекста,включая40рисунков,4таблицыи75библиографических ссылок.КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫПервая глава диссертационной работы имеет обзорный характер. В нейизложены основные результаты экспериментальных и теоретическихработ, посвящённых физике ФК и МФК, магнитооптике многослойныхструктур и МО приложениям.Во второй главе описан метод расчёта МО эффектов в многослойныхструктурах.
Метод расчёта основан на методе трансфер-матриц собобщением на магнитооптику. Используя эту методику, удаётся получить7точноерешениеуравненийМаксвелла для планарных структур,т.е. появляется возможность учётаквадратичныхнедиагональнымпоправокпокомпонентамдиэлектрической проницаемости.В параграфе 2.1 получены решенияРис.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
