Нелинейно-оптические эффекты в магнитных плазмонных наноструктурах (1104071), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Обнаружено усиление магнитного нелинейно-оптического эффекта Керра приналичии гранулярности в пленке.• Впервые проведена спектроскопия кубичных эффектов самовоздействия света в магнитных плазмонных наночастицах “ядро/оболочка”(оксид железа/золото) в матрице полиметилметакрилата. Обнаружено возрастание коэффициентов нелинейной рефракции и поглощенияв области плазмонного резонанса.• Обнаружены магнитоиндуцированные эффекты в гиперрелеевскомрассеянии на частоте второй гармоники (ВГ) в наночастицах “ядро/оболочка” (оксид железа/золото).• Впервые наблюдалась генерация когерентной магнитоиндуцированной составляющей ВГ в неупорядоченном ансамбле магнитных наночастиц γ-Fe2O3.• Впервые показано, что наблюдается качественное различие угловыхзависимостей амплитуды и фазы ВГ, отраженной от двумерного ансамбля нанодисков (золото/кобальт/золото) и аналогичной сплошнойтрехслойной пленки.Научная и практическая значимостьНаучная и практическая ценность работы состоит в возможности применения развитых нелинейно-оптических методов, основанных на эффектах генерации ВГ и светового самовоздействия, для комплексной диагностики структурных, морфологических, оптических и магнитных свойствнаноструктур.
Методика генерации магнитоиндуцированной ВГ в наноструктурах является уникальной для изучения свойств скрытых границраздела магнетиков и неупорядоченных магнитных наноструктур ввиду селективной локализации квадратичных нелинейно-оптических источников вобластях с нарушенной пространственной симметрией. Обнаруженные эффекты усиления магнитного нелинейно-оптического отклика в плазмонныхнаноструктурах могут найти применение при разработке оптических сенсоров и переключателей на их основе.Положения, выносимые на защиту1.
Наблюдается усиление магнитного нелинейно-оптического откликабислойных пленок кобальт/золото при наличии гранулярности в ихструктуре.72. Достигается усиление кубичных эффектов самовоздействия света внаночастицах “ядро/оболочка” (оксид железа/золото) в спектральной окрестности плазмонного резонанса.3. Внешнее магнитное поле приводит к появлению частичной когерентности квадратичного отклика неупорядоченного ансамбля композитных наночастиц “ядро/оболочка” (оксид железа/золото).4. Параметры магнитного нелинейно-оптического отклика плазмонныхкомпозитных нанодисков золото/кобальт/золото модифицированыпо сравнению со сплошной референсной трехслойной пленкой.Обоснованность и достоверность результатовРезультаты, представленные в диссертации, получены на основе многократно повторенных экспериментов, проведенных на современном научном оборудовании с использованием современных методов обработки экспериментальных данных.
Экспериментальные данные подтверждены расчетами, основанными на адекватно выбранных физических моделях анализируемых процессов, а также не противоречат результатам других групписследователей. Результаты исследований неоднократно обсуждены на семинарах и доложены на специализированных конференциях по проблемам,связанных с тематикой диссертационной работы. Большая часть результатов опубликована в международных и российских научных журналах. Этопозволяет считать полученные результаты обоснованными и достоверными, а также полностью отвечающими современному мировому уровню исследований.
Большинство представленных результатов являются новымии получены впервые.Апробация работыРезультаты, представленные в диссертационной работе, неоднократно обсуждались на российских и международных конференциях, основныеиз которых следующие: “Moscow International Symposium on Magnetism”(Москва, Россия, 2008 г.), “Frontiers in Optics: Laser science XXIV” (Рочестер, США, 2008 г.), “Симпозиум по когерентному оптическому излучениюполупроводниковых соединений и структур” (Звенигород, Россия, 2008 г.),“Нанофизика и наноэлектроника” (Нижний Новгород, Россия, 2009 г.),“SPIE Europe: Optics and Optoelectronics” (Прага, Чехия, 2009 г.), “Week ofDoctoral Students” (Прага, Чехия, 2009 г.), “Spin Waves” (Санкт-Петербург,Россия, 2009 г.), SPIE “Plasmonics: Metallic Nanostructures and Their OpticalProperties VII” в рамках симпозиума “Optics+Photonics” (Сан Диего, США,2009 г.).ПубликацииПо теме диссертации опубликовано 9 научных работ, из них 3 статьи внаучных журналах из списка ВАК России, 6 тезисов конференций (списокпубликаций приведен в конце автореферата).8Личный вклад автораВсе результаты, представленные в диссертационной работе, полученыавтором лично или при ее непосредственном участии в экспериментальной работе “Лаборатории нелинейной оптики наноструктур и фотонныхкристаллов” на кафедре квантовой электроники Физического факультетаМосковского государственного университета им.
М.В. Ломоносова, а также в “Лаборатории молекул и наноматериалов” химического факультетаКатолического университета города Левен, Бельгия.Структура и объем диссертационной работыДиссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и спискалитературы. Объем работы составляет 136 страниц, включая 54 рисунка.Список литературы содержит 113 наименований.Во введении дана общая характеристика диссертации: обоснованаактуальность темы исследований; сформулированы цели работы, научнаяновизна и практическая ценность полученных результатов; перечисленыосновные положения, выносимые на защиту; приведены сведения об апробации результатов, основных публикациях, объеме и структуре работы.В главе 1 приведено феноменологическое описание некоторых аспектов нелинейно-оптических эффектов.
Рассмотрены особенности генерации ВГ в регулярных средах и механизмы ГРР в пространственнонеоднородных структурах. Указаны условия возбуждения плазмонного резонанса в металлических наноструктурах и факторы, влияющие на спектральное положение плазмонных мод. Особое внимание уделено особенностям нелинейно-оптических эффектов в металлических наноструктурах,возникающим вследствие модификации поля накачки в условиях возбуждения локальных поверхностных плазмонов. Представлен анализ литературных данных по исследованию эффектов самовоздействия света в различных средах.
Рассмотрены механизмы генерации магнитоиндуцированной ВГ как в когерентной форме, так и в виде ГРР. Также в первой главеприведены описания экспериментальных установок и использованных методик измерений. Все эксперименты по изучению генерации ВГ, описанныев диссертационной работе, были проведены на установке, где в качестве источника излучения накачки был выбран лазер АИГ:Nd3+ с длиной волныгенерации 1064 нм. Угол падения зондирующего излучения на образец отсчитывается от нормали к поверхности и, если это не оговорено отдельно,составляет 45o .
Магнитные нелинейно-оптические свойства образцов исследованы в геометрии экваториального эффекта Керра в статическом поле2 кГс.Глава 2 посвящена изучению магнитных нелинейно-оптическихсвойств нанослоев кобальта различной толщины, помещенных в структурукремний/кобальт/золото, методами линейной и нелинейной магнитооптики.Образцы, изготовленные в институте ГО НПЦ по материаловедению9Рис. 1.Зависимость (а) магнитного контраста ВГ, (б) эффективной магнитоиндуцированной компоненты квадратичной восприимчивости от толщины слоя кобальта в структуреAu/Co/Si; (в) фазовая диаграмма сложения полей на частоте ВГ.Национальной академии наук Республики Беларусь, представляют собойнабор пленок кобальта (толщиной от 0.8 нм до 15 нм), осажденных на подложку кремния методом ионно-лучевого распыления и покрытых слоемзолота толщиной 0.9 нм в непрерывном вакуумном цикле.
Исследованияморфологии были проведены методом атомно-силовой микроскопии. Было показано, что практически для всего диапазона значений толщин слоякобальта, dCo , поверхность структуры является относительно гладкой иоднородной, однако для dCo =1.2-1.5 нм наблюдается образование наноостровковой структуры. Размеры островков составляют 70-100 нм. Измененияв топологии поверхности обусловлены, в первую очередь, изменениями топологии слоя кобальта при изменении его средней толщины в бислойнойструктуре. Косвенно наличие островковой структуры подтверждается резким возрастанием поверхностного сопротивления в области толщины кобальта, соответствующей области нарастания гранулярности.Для всех образцов ВГ, отраженная от их поверхности, изотропна, поляризована и зеркальна, что свидетельствует о преимущественно когерентном характере генерации.
Зависимость интенсивности ВГ, I2ω , от массовой толщины слоя кобальта в структуре Au/Co/Si, демонстрирует наличиемаксимума при dCo =1.2 нм, соответствующей максимуму поверхностногосопротивления и островковой структуре слоя кобальта.В магнитных нелинейно-оптических исследованиях измеряемой величиной являлся магнитный контраст ВГ:ρ2ω = − I2ω (−M)I2ω (M), + I2ω (−M)I2ω (M)(1) и I2ω (−M ) - интенсивности ВГ при противоположных направгде I2ω (M)лениях магнитного поля. Зависимость магнитного контраста ВГ от dCo ,представленная на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
