Магнитооптические явления в метаматериалах и периодические плазмонные структуры

• Автор: Иванов, Андрей Валериевич
• Шифр специальности: 01.04.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 103 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Литературный обзор

Глава 1. Эффект Фарадея и оптический эффект Магнуса в метаматериалах с отрицательным показателем преломления
1.1. Эффект Фарадея и поток энергии в бигиротропной среде с отрицательным показателем преломления

1.2. Метаматериалы, изготовленные из аморфных ферромагнитных микропроводов

1.3. Оптический эффект Магнуса

1.4. Выводы к главе

Глава 2. Взаимодействие электромагнитной волны с периодической плазмонной структурой

2.1. Введение

2.2. Коэффициенты отражения и прохождения в цепочке плотно прилегающих серебряных наноцилиндров
2.3. Выводы
Глава 3 Гигантские флуктуации электромагнитного поля периодических плазменных структур и оптические сенсоры
3.1. Усиление напряженности электрического поля в зазоре между наноцилиндрами
3.2. Коэффициент усиления рамановского рассеяния в системе

наноцилиндров
3.3. Возможность использования плазмонной структуры в качестве подложки для работы сенсора по обнаружению молекулярных комплексов
3.4. Выводы к главе
Заключение
Приложение
Приложение
Приложение
Приложение
Цитированная литература
Публикации автора

ВВЕДЕНИЕ
Одним из актуальных направлений современной физики является направление, связанное с исследованием метаматериалов. Метаматериал - это искусственно созданная система из микроструктурных элементов различной формы, подобранных так, чтобы материал проявлял заданные физические свойства. Направленное на метаматериал коротковолновое излучение вызывает вторичную резонансную электромагнитную волну, и в результате может возникнуть эффект, при котором электромагнитная волна распространяется в одну сторону, а индуцированное поле - в другую. Такие метаматериалы относятся к материалам с отрицательным показателем преломления, которым в последнее время уделяется всё большее внимание [1-4]. Терминологически существует несколько вариантов названия таких метаматериалов: среды с отрицательной фазовой скоростью, среды с отрицательным коэффициентом преломления, обратные среды, дважды отрицательные среды (и диэлектрическая, и магнитная проницаемости отрицательны), среды с обратной волной. В дальнейшем для сред с отрицательными диэлектрической и магнитной проницаемостями будем использовать термин «метаматериалы». В метаматериалах некоторые эффекты, такие, как преломление света, эффект Доплера, Черенкова-Вавилова, эффект Гуса-Ханкена меняются на обратные, по отношению к средам с положительным показателем преломления [5,6]. Благодаря этому, метаматериалы имеют большие перспективы с точки зрения практических применений, но остается очень много невыясненных вопросов, связанных с проблемой изготовления подобных сред. Помимо сред с отрицательным показателем преломления, в которых отрицательны и диэлектрическая и магнитная проницаемости, в настоящее время представляют интерес и наноструктурные композиты, состоящие из металлических элементов в диэлектрической матрице. Такие наноструктуры имеют отрицательную диэлектрическую проницаемость в силу оптических свойств металла, в то время как магнитная проницаемость может оставаться положительной. Они проявляют
ГЛАВА 2.
2Л. ВВЕДЕНИЕ
Оптические свойства металлических наночастиц активно изучались на протяжении последнего столетия, однако основные усилия были
сконцентрированы на изучении систем с хаотичным распределением частиц [69,70]. В последнее время современные технологии позволили создавать периодические структуры в виде цепочек металлических наночастиц [71,72]. Возникновение поверхностных плазмонов в упорядоченных одномерных цепочках наночастиц стало привлекать всё больше внимания благодаря многочисленным возможным применениям в наноплазмонике [73,74,75]. Цепочки наночастиц могут быть использованы для обработки оптических сигналов в масштабах, много меньших длин волн. Плазмонные моды, распространяющиеся в цепочке наночастиц с радиусом а порядка расстояния между частицами 5 подробно представлены в работе [76]. Электромагнитная энергия
концентрируется в окрестности цепочки наночастиц.
Случай, когда длина электромагнитной волны много больше характерного размера наночастиц А»а представлен в работах [77-79]. Рассеяние электромагнитной волны на периодических цепочках металлических наностержней было отражено в экспериментах [80,81].
Текущая глава посвящена теоретическому изучению взаимодействия
электромагнитной волны с цепочкой металлических наноцилиндров, при условии, что расстояние 3 между цилиндрами много меньше радиуса а частиц. Напряженность электрического поля в такой системе концентрируется в зазоре между частицами, много меньшем характерного размера этих частиц.
Рассмотрим два бесконечно длинных параллельно расположенных металлических цилиндра с координатами центра * = 0, у = ±(а +8/ 2) в декартовой системе координат во внешнем электрическом поле с напряженностью £0 ={о,£0,0} (рис.2.1.1).