Оптическая и малоугловая рентгеновская дифракция на опалоподобных фотонных структурах

• Автор: Самусев, Антон Кириллович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 161 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Технология синтеза опаловых пленок

1.2. Структура синтетических опалов

1.3. Рассеяние света на сферических частицах

1.4. Фотонная зонная структура опалов

1.5. Многокомпонентные фотонные кристаллы

1.6. Резонанс Фано в опалах

1.7. Дифракция свсга па опалах

1.8. Маноугловая рентгеновская дифракция на опалоподобных структурах

1.9. Постановка задачи
Глава 2. Экспериментальные методики
2.1. Методы жсиорішсптачьноїо исследования стон-зон
2.2. Экспериментальные образцы: характеризация методами атомно-си новой микроскопии и спектроскопии пропускания и отражения
2.3. Методика исследования оптической дифракции на ФК
2.4. Экспериментальная установка для изучения оптической дифракции
2.5. Методика исследования малоугловой рентгеновской дифракции
Глава 3. Двумерная оптическая дифракция на тонких опаловых пленках
3.1. Экспериментальное исследование дифракции света па топких опаловых пленках
3.2. Двумерная оптическая дифракция: численный расчет структурного фактора, сопоставление с экспериментом
3.3. Аналитический расчел условий возникновения двумерной дифракции: интерпретация экспериментальных данных

Глава 4. Переход 2В-ЗБ в режимах оптической дифракции
4.1. Численное моделирование перехода 2Э-ЗБ в дифракционных картинах с ростом числа ростовых слоев опаловой пленки
4.2. Расчет картин дифракции с учетом рассеяния Ми на одиночной сфере и преломления на границах образца
4.3. Эксперимент: промежуточный режим дифракции
Глава 5. Селективное переключение дифракционных рефлексов в оптических экспериментах на синтетических опалах
5.1. Аналитическая модель переключения стоп-зон в низкоконтрастных многокомпонентных фотонных кристаллах различной размерности
5.2. Расчет дисперсии брэгговских длин волн при дифракции света на, системах плоскостей двойникованной ГЦК-решетки низко-коптрастпого опала
5.3. Селективное переключение брэгговских рефлексов в экспериментах по оптической дифракции
5.4. Иммерсионная зависимость интенсивности брэгговских (Іікі) рефлексов от диэлектрической проницаемости заполнителя
Глава 6. Малоугловая рентгеновская дифракция на синтетических опалах
6.1. Условия наблюдения малоугловой рентгеновской дифракции на опалоподобных структурах
6.2. Зависимость картин дифракции от угла поворота образца: вы-сокоиндсксные (Нк1) стоп-зоны
6.3. Трехмерная реконструкция обратной решетки
6.4. Определение структурных параметров пленки опала
Заключение
Приложение А. Расчет структурного фактора двойникованной плотноупакованной решетки конечного размера
Приложение Б. Рассеяние электромагнитного излучения на одиночной сфере
Б.1. Задача о рассеянии па сфере
Б.2. Индикатриса рассеяния
Литература

представлены три модели £ъ(г) - две кусочно-линейные функции (возрастающая и убывающая) и функция, соответствующая плотной упаковке наночастиц малого диаметра, образующих основную сферу а-ЭЮг. Из рис. 1.14 хорошо видно, что зависимость є®(Є), построенная по формуле (1.6) на основе возрастающей функции є8(г) (сфера а-ЭЮг с плотной оболочкой), прекрасно описывает набор экспериментальных данных. Такая модель е.ч(г) хорошо согласуется также с данными электронной микроскопии, из которых следует, что поверхность основных сфер а-БЮг сплошная, поэтому приповерхностный слой малой толщины (~ 10 нм) является более плотным, чем внутренняя область сфер, состоящая из наночастиц а-ЭЮг размером 10-30 нм, разделенных порами.
1.6. Резонанс Фано в опалах
Распространение света в опалоподобных фотонных кристаллах, существование стоп-зон и фотонная зонная структура в целом определяется, в первую очереди, двумя базисными процессами - рассеянием Ми на отдельном структурном элементе фотонного кристалла - квазисферической частице и рассеянием Брэгга на пространственно-упорядоченной периодической решетке этих частиц. В работе |28| экспериментально и теоретически была исследована взаимосвязь рассеяния Ми и рассеяния Брэгга, включая их интерференцию, которая описывается в рамках резонанса Фано.
У го Фано (Б.Рано) в 1961 г. опубликовал свою пионерскую работу [145], в которой теоретически проанализировал своеобразную форму линий в спектрах рассеяния электронов на атомах Не. Как оказалось впоследствии, подход. использованный в работе [145], обладает большой общностью и может быть использован во многих случаях, когда узкая полоса самой разной природы располагается па широком слабо меняющемся фоне. Это явление, получившее название «Фано резонанс», наблюдалось в различных физических процессах, включая оптику полупроводников [146, 147] и сверхпроводников (148, 149]. магнитные явления [150]. Суть эффекта состоит в том, что при рассеянии частица, проявляя волновую природу, может переходить в одно и то же конечное состояние двумя разными путями. Первый механизм рассея-