Диссертация (1105407), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Например, в работах [65–69] были получены недиагональные компоненты тензора диэлектрической проницаемости железа. Результаты работ [68–71] по измерению полярного эффекта Керра приведенына рисунке 18. Видно соответствие результатов двух работ при малых значенияхэнергии [68, 69], поэтому все дальнейшие оценки будут сделаны основываясь наданных значений диагональных и недиагональных компонент тензора диэлектрической проницаемости в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне излучения,представленных на рисунке 19 из работы [68].2.2.
Резонансные оптические и магнитооптические эффекты, индуцированныевозбуждением локальных плазмонов и бегущих поверхностных плазмон-поляритоновТак как величина поперечного эффекта Керра напрямую связана с коэффициентом отражения материала, то логично предположить зависимость величины эффекта от спектральных особенностей образца. Изменение диэлектрической проницаемости металла под действием магнитного поля приводит к изменению усло-Обзор литературы35Рис. 18: Экспериментальные результаты значений поворота плоскости поляризации для полярного магнитооптического эффекта Керра при комнатной температуре [11]. Окружности — экспериментальные данные из работы [68], штриховаякривая соответствует экспериментальным результатам из работы [69], треугольники — [70], ромбики — [71].вий возбуждения поверхностных плазмон-поляритонов, что проявляется в наличии спектральной зависимости значения эффекта Керра.
Такая зависимость былазадетектирована в работе [72], где показано, что возбуждение поверхностных магнитоплазменных волн приводит к усилению магнитооптического эффекта Керрав тонких пленках железа и никеля, напыленных на призму из тяжелого флинта.Оговоримся, что ранее в литературе ПП называли поверхностными плазменными волнами, а в работе [73] в присутствии магнитного поля в экваториальнойгеометрии они были названы магнитоплазменными волнами.В более ранних работах используется возбуждение ПП при помощи призмыи наблюдается усиление как экваториального, так и меридионального эффектов Керра [74].
Усиление ассоциируется с расщеплением закона дисперсии ППв магнитном поле, что ведет к смещению углового положения резонанса ПП присмене направления магнитного поля. Кроме того, возможно использование раз-Обзор литературы36Рис. 19: Значения диагональных и недиагональных компонент тензора диэлектрической проницаемости, полученных в работе [68].личных многослойных структур: слоев благородных и ферромагнитных металлов [75–77].
В этом случае, эффект Керра в ферромагнитном металле усиливается при помощи возбуждения ПП, распространяющихся на границе раздела благородный металл-воздух. В более поздних работах, когда появилась возможностьизготавливать структуры с субволновым периодом, наблюдается спектральнаязависимость эффекта Керра при наличии ПП, возбуждающихся решеточным методом [12–14] в так называемых магнитоплазмонных кристаллах. Будем называтьмагнитоплазмонными кристаллами металлические субдлинноволновые решетки,в которых возможно как резонансное возбуждение поверхностных плазмон-поляритонов, так и наблюдение магнитооптических эффектов.
Причем так называют как просто структурированные поверхности магнитного металла, в которыхвозможно возбуждение ПП, так и различные комбинации благородных металлов и магнитных материалов [78–86]. В последнее десятилетие было рассмотреноогромное количеcтво конфигураций таких структур, изготовленных различнымиметодами литографии (рис. 20) [87].Обзор литературы37Рис. 20: Различный дизайн структурированных поверхностей, в которых наблюдается плазмон-индуцированное усиление магнитооптического эффекта Керра [87].(а) Одномерная решетка из никеля: слева скетч образца, справа АФМ изображение [82].
(б) Трехслойная структура золото-кобальт-золото на решетке из поликарбоната [81]. (в) Золотые нанодиcки на трех слоях Au/Co/Au [83]. (г) Двумерная решетка из кобальта на поверхности коллоидного кристалла полиметилметакрилата: слева представлено изображение, полученное в растровом электронноммикроскопе, справа — сечение частицы, полученное с помощью фокусированного ионного пучка галия: стрелка указывает на слой кобальта [84]. (д) Двумерныйплазмонный кристалл из кобальта: справа представлено изображение, полученноев растровом электронном микроскопе, слева — схема образца [85].
(е) Двумерныйплазмонный кристалл, полученный из самоорганизуюзихся полимерных монослоев, из никеля на золотой подложке: слева — схематичное изображение структуры,справа — АФМ изображение [86].Обзор литературы38Резонансное усиление поперечного эффекта Керра было задетектировано, например, для субволновых решеток, из никеля [14, 78, 79, 82], хотя длина пробегаПП в нем существенно меньше, чем в благородных металлах. В наноструктурах изблагородных металлов, например в золотых или серебряных, при сильном внешнем магнитном поле также может наблюдаться поперечный эффекта Керра, но вданном случае, возникновение магнитооптического отклика связано с воздействием силы Лоренца на свободные электроны [88, 89].
Соответсвенно, чаще используют многослойные структуры, например благородный металл/ферромагнитныйметалл [81, 90], чтобы достичь оптимального соотношения между величиной магнитооптического отклика наноструктурированной поверхности, а также временем жизни ПП (рис. 20(б)). Либо же структуры в виде периодической решетки из благородного металла, находящиеся на подложке из ферромагнитного диэлектрика [80, 91, 92]. Рассмотрим результаты численного расчета спектра коэффициента отражения и спектра поперечного эффекта Керра, представленных вработе [91] (рис. 21(а,б)). На рисунке 21(в,г,д) показаны изменения спектра коэффициента отражения для трех углов падения при двух противоположных направлениях магнитного поля.
Два минимума в спектре коэффициента отражениясоответствуют двум модам ПП. При увеличении угла эти два резонанса смещаются ближе друг к другу по спектру, полностью совпадая при 30◦ (рис. 21(д)).Рассмотрим что происходит со спектром коэффициента отражения при изменении направления магнитного поля на примере рисунка 21(г).
При приложениимагнитного поля к образцу изменяется тензор диэлектрической проницаемостиферромагнитной подложки, соответственно, изменяются условия распространения ПП. Это проявляется в том, что смещается резонансаная длина волны и изменяется время жизни ПП.
Значение волнового вектора ПП при приложенноммагнитном поле может быть описано формулой [91]kmagn = ksp (1 + αg),ε1 ε2 1/2) ,ksp = k0 (ε1 + ε2ε22 −1−1/2α = (−ε1 ε2 )(1 − 2 ) ,ε1(19)Обзор литературы39Рис. 21: (а) Зависимость спектра коэффициента отражения решетки из благородного металла, находящейся на ферромагнитном диэлектрике, от угла паденияоптического излучения.
(б) Зависимость спектра поперечного магнитооптического эффекта Керра решетки от угла падения оптического излучения. (в–д) Спектры коэффициента отражения решетки при двух противоположных направленияхмагнитного поля: +M — сплошная кривая, -M — красная штриховая кривая, длятрех углов падения (в) — θ = 20◦ , (г) — θ = 28◦ , (д) — θ = 30◦ [91].где ksp — волновой вектор ПП без магнитного поля, g — вектор гирации, соответсвующий недиагональной компоненте тензора диэлектрической проницаемости,k0 — волновой вектор падающей волны, ε1 — значение диэлектрической проницаемости золота, ε2 — значение диэлектрической проницаемости ферромагнитногодиэлектрика.
На рисунке 21(в,г) длинноволновый резонанс смещается в длинноволновую область, коротковолновый в коротковолновую, так как направленияраспространения ПП по поверхности для этих двух резонансов противоположны,а соответственно, и вклад от приложенного магнитного поля для этих двух резонансов различен.
Кроме того, изменение компонент тензора диэлектрическойпроницаемости под действием магнитного поля изменяет время жизни ПП, тоесть ширину резонанса. Эта модификация спектра коэффициента отражения иОбзор литературы40называется “усилением” магнитооптического эффекта Керра, величина которогозависит в том числе и от добротности резонанса. Использование добротных резонансов, в том числе и со спектральной линией типа Фано, позволяет получитьзначения величины эффекта Керра на несколько процентов больше по сравнениюс исходными значениями эффекта для данных материалов.Аналогичное усиление эффекта Керра можно наблюдать в структурах с резонансным усилением локальных плазмонов — возбуждений в металлических наночастицах, имеющих характерные размеры в несколько десятков нанометров.Они могут быть изготовлены из благородных металлов и располагаться на пленке магнитного металла [93], [94], или быть изготовленными из магнитных металлов и находиться либо на поверхности диэлектрика, либо внутри него [95].
Вработе [93] была показана зависимость величины полярного магнитооптическогоэффекта Керра от резонансного возбуждения локальных плазмонов в золотыхнаночастицах различного диаметра, вкрапленных в железно-иттриевый гранатдопированный висмутом (Bi:YIG). Было выявлено аномальное поведение данногоэффекта вблизи плазмонного резонанса, а также показано, что результаты практически не зависят от диаметра частиц, но сильно зависят от концентрации, тоесть от среднего расстояния между частицами. При оптимальной концентрациизолотых частиц происходит значительное усиление ближнепольной компонентыэлектромагнитного поля между частицами, что и является, по мнению авторовстатьи, причиной аномального поведения полярного эффекта Керра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
