Нелинейно-оптические эффекты в магнитных плазмонных наноструктурах (1104071)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

На правах рукописиКОЛМЫЧЕК ИРИНА АЛЕКСЕЕВНАНЕЛИНЕЙНО-ОПТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ВМАГНИТНЫХ ПЛАЗМОННЫХНАНОСТРУКТУРАХСпециальность01.04.21 — лазерная физикаАвторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква — 2010Работа выполнена на кафедре квантовой электроники физического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова.Научный руководитель:доктор физико-математических наук,профессорАкципетров Олег АндреевичОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,профессорГорелик Владимир Семенович, Физическийинститут имени П.Н. Лебедева РАН, Москвакандидат физико-математических наук,Новикова Надежда Николаевна,Институт спектроскопии РАН, Троицк, Московская областьВедущая организация:Защита состоится “Саратовский филиал Института радиотехники и электроники имени В.А.

Котельникова,Саратов”2010 г. вч.мин. на заседа-нии диссертационного совета Д 501.001.31 при Московском государственномуниверситете имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991, ГСП-1, Москва, Ленинские горы, МГУ, ул. Академика Хохлова, дом 1, стр. 62, корпус нелинейнойоптики, аудитория им. С.А. Ахманова.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультетаМГУ имени М.В.

Ломоносова.Автореферат разослан “”2010 г.Ученый секретарь диссертационного совета Д 501.001.31доцентТ.М. Ильинова3ОСНОВНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫДиссертационная работа посвящена экспериментальному исследованию нелинейно-оптических эффектов в магнитных плазмонных наноструктурах и тонких магнитных пленках. Изучены особенности генерации оптической второй гармоники, магнитный нелинейно-оптический эффект Керра, а также кубичные эффекты самовоздействия света в композитных плазмонных наноструктурах.Актуальность темы диссертацииГенерация второй гармоники (ВГ) является чувствительной методикой исследования структур пониженной размерности.

Существование симметрийного запрета на генерацию ВГ в объеме центросимметричной средыв электродипольном приближении приводит к высокой чувствительностиметода к нелинейно-оптическим, структурным, морфологическим, электронным, магнитным и другим свойствам поверхностей металлов, границраздела, тонких пленок, микро- и наноструктур [1], [2].

Генерация ВГ позволяет охарактеризовать усредненные статистические параметры образца,такие как кристаллографическая симметрия, корреляционная длина нелинейной поляризации и масштабы ориентированных корреляций нелинейных источников, которые соответствуют структурной неоднородности образцов.В течение последних десятилетий возникла и быстро развиваетсяновая ветвь оптики - плазмоника. Поверхностные плазмоны - электромагнитные моды, локализованные на границе раздела двух сред с противоположными по знаку диэлектрическими проницаемостями, например,металл/диэлектрик. В протяженной металлической пленке такие колебания могут существовать в виде бегущих волн (поверхностные плазмонполяритоны), а в металлических наночастицах - в форме локального поверхностного плазмона.

Структуры, содержащие металлические наночастицы, являются перспективными материалами с точки зрения их применения в нанофотонике, оптоэлектронике и нелинейной оптике. В настоящеевремя активно исследуются возможности применения плазмонных наноструктур в биологии и медицине [3].В металлических наноструктурах существенное влияние на ихнелинейно-оптические свойства оказывает усиление локального поля, связанное с возбуждением поверхностных плазмонов.

Плазмонный механизмусиления фактора локального поля был впервые предложен в работе [4],где были исследованы модели гигантского комбинационного рассеяния нашероховатой поверхности металла. Локальное поле определяет нелинейную поляризацию, которая, в свою очередь, является источником генерации гармоник. Поэтому спектроскопия ВГ может быть использована дляизучения плазмонных свойств наноструктур.В наноструктурах генерация гармоник может наблюдаться в видегиперрелеевского рассеяния (ГРР) света, т.е. генерации некогерентной,диффузной и деполяризованной ВГ. Нерегулярное распределение нелинейных источников как на поверхности среды, так и в ее объеме приводит к4пространственно-неоднородному распределению нелинейной поляризации,что является причиной возникновения неполяризованного отклика ВГ внезеркальном направлении (диффузного сигнала).

В ГРР от наноструктурдает вклад наличие как объемных, так и поверхностных флуктуаций фактора локального поля. Фундаментальный интерес представляет разделениевкладов от источников, локализованных на поверхности и в объеме исследуемых объектов, которое можно провести с помощью комбинированногоизмерения диаграмм направленности интенсивности ГРР и РР (индикатрис рассеяния). Индикатрисы ГРР и РР могут быть описаны с помощьюкорреляционной функции флуктуаций нелинейной и линейной поляризаций, соответственно. При этом масштаб спадания этих функций (корреляционная длина) характеризует размер области, в пределах которой источники излучают когерентно.

Таким образом, характеристики ГРР тесносвязаны со статистическими и морфологическими свойствами исследуемыхпространственно-неоднородных структур. Необходимо также отметить, чтоналичие “регулярности” в структуре приводит к ненулевой (статистически)средней нелинейной поляризации, а, следовательно, к наличию когерентной составляющей сигнала ВГ. Таким образом, ГРР является высокочувствительным методом для выявления упорядоченности в структуре.Интерес к исследованию металлических наноструктур в полимернойматрице также обусловлен тем, что подобные среды обладают высокиминелинейностями второго и третьего порядков.

Вследствие больших значений кубичной восприимчивости в таких структурах наблюдается сильные(на порядки сильнее, чем в полимере) эффекты самовоздействия света, такие как самофокусировка и нелинейное поглощение. Интерес к изучениюсамовоздействия света в наночастицах связан с тем, что в этом процессеучаствует нелинейная восприимчивость третьего порядка, локализованнаяв объеме наночастицы, в отличие от квадратичной восприимчивости, локализованной в поверхностном слое частицы. Тем самым, квадратичные и кубичные эффекты несут разную взаимодополняющую информацию об электронных свойствах наночастиц. Самовоздействие света в металлическихчастицах в спектральной окрестности плазмонного резонанса обсуждалосьво многих работах. Однако, как правило, эксперименты проводились только на одной или двух длинах волн излучения накачки, а спектральногоисследования самофокусировки и нелинейного поглощения в области возбуждения плазмонной моды до сих пор проведено не было.Применение плазмонных структур может быть расширено, если будет реализована возможность разработки материалов, плазмонные свойства которых могут контролироваться внешним воздействием, например,статическим магнитным полем [5].

Ферромагнитные металлы обладают высокой магнитооптической активностью, однако плазмонный резонанс в нихслабо выражен из-за сильного поглощения. Оптимальное решение проблемы - комбинирование благородных и ферромагнитных металлов, то естьсоздание так называемых магнитных плазмонных структур. Усиление линейных магнитооптических эффектов в таких средах в условиях возбуж-5дения локальных поверхностных плазмонов экспериментально исследовано авторами работы [5], однако вопрос о влиянии плазмона на магнитныйнелинейно-оптический отклик остается открытым.Исследование нелинейно-оптических свойств тонких магнитных пленок (толщиной от нескольких ангстрем до 1 мкм) позволяет получать новую информацию о магнитных свойствах ферромагнетиков.

Кроме того,магнитные пленки являются объектом практического интереса, которыйусилился после начала исследования многослойных магнитных систем. Втаких структурах возможно присутствие как слоев различных магнитныхматериалов, так и немагнитных прослоек, а свойства многослойных системмогут значительно отличаться от свойств любого из компонентов системы.Пленки кобальта толщиной до 10 нм являются объектом интенсивныхприкладных и фундаментальных исследований. Исследование генерацииВГ в таких структурах может дать информацию о магнитных свойствахповерхностей и внутренних границ раздела, что сложно изучить с помощьютрадиционных методов.В средах с пространственной намагниченностью одновременное нарушение как симметрии по отношению к инверсии времени вследствие намагниченности, так и пространственной инверсионной симметрии на поверхностях и границах раздела вследствие разрыва структуры приводит кпоявлению дополнительных (магнитоиндуцированных) компонент тензораквадратичной восприимчивости [6], что обуславливает появление поверхностной (интерфейсной) магнитоиндуцированной ВГ (МВГ).

Уникальнаячувствительность МВГ к магнетизму низкоразмерных систем позволилаприменить метод генерации МВГ для изучения магнитных свойств поверхностей и тонких пленок ферромагнетиков, магнитных сверхрешетоки наночастиц [7]. В работе [8] была исследована генерация некогерентноймагнитоиндуцированной ВГ в упорядоченных слоях наночастиц железоиттриевого граната. Из экспериментальных данных для магнитоиндуцированной ВГ в зеркальном направлении рассеяния было определено значение относительной величины магнитной гиперполяризуемости. Однакодо настоящего времени последовательного изучения магнитного откликаВГ в разных направлениях рассеяния проведено не было.

Поэтому вопросо возможности влияния магнитного поля на когерентность генерации ВГостается открытым.Итак, актуальность работы обусловлена растущим интересом исследователей к свойствам нано- и микроструктур на основе магнитных материалов, изучению поверхностного и наномагнетизма. Изучение магнитных, оптических и нелинейно-оптических свойств таких структур являетсяактуальным с точки зрения их использования в устройствах магнитной записи, нано- и оптоэлектронике.Цели и задачи исследованияЦель диссертационной работы состояла в экспериментальном исследовании нелинейно-оптических и магнитных нелинейно-оптических эффектов, таких как самовоздействие света, магнитное гиперрелеевское рассея-6ние света, магнитный нелинейно-оптический эффект Керра в магнитныхплазмонных наноструктурах и в магнитных бислойных пленках Co/Au наповерхности кремния.Научная новизна• Исследована зависимость магнитных нелинейно-оптических свойствот толщины нанослоя кобальта в структуре Au/Co/Au.

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.

Список файлов диссертации