ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Проект направлен на экспериментальное исследование квадратичных нелинейно-оптических эффектов в металлических наноструктурах с неоднородным распределением намагниченности. Основное внимание будет уделено: (i) изучению механизмов формирования новых вкладов в квадратичный нелинейно-оптический отклик наноструктур, обусловленных неоднородным пространственным распределением намагниченности. Планируется экспериментально зарегистрировать и всесторонне изучить эффекты наведения поляризации в искусственных структурах с неколлинеарным состоянием намагниченности; выявить основные особенности квадратичных по намагниченности вкладов в нелинейную поляризацию магнитных наноструктур. (ii) изучению возможности формирования планарных структур с пространственно-периодическим распределением магнитоиндуцированной нелинейной восприимчивости (по сути, магнитных планарных 1D структур), исследованию эффектов усиления генерации оптических гармоник в таких структурах. Тематика проекта связана с актуальностью и высоким интересом к исследованиям магнитных наноструктур, представляющих как фундаментальный, так и практический интерес. В данном контексте особый интерес представляет изучение нелинейно-оптических эффектов в таких структурах, что связано как с уникальными диагностическими возможностями методов, в особенности – метода генерации оптической второй гармоники, так и с относительно слабой изученностью формирования нелинейно-оптического отклика наноструктур с неоднородным распределением намагниченности. Объектами исследований будут структуры с выраженной магнитной анизотропией: (1) двумерные массивы трехслойных анизотропных наночастиц (Co 10нм/Al 2нм/Co 10нм), в которых, во-первых, возможно формирование антиферромагнитной упорядоченности двух магнитных слоев, во-вторых, присутствует плоскостная магнитная анизотропия, обусловленная формой частиц. Комбинация указанных свойств позволяет контролируемо (внешним магнитным полем) получать состояние, при котором намагниченности ферромагнитных слоев неколлинеарны. В рамках проекта будет изучен вопрос о формировании квадратичного нелинейно оптического отклика магнитных структур, обусловленная данным типом неоднородной намагниченности. (2) Пространственно-периодические структуры на основе тонких (~3нм) пленок Co, неоднородно облученных ионами Ga. Известно, что воздействие ионов может изменить магнитные свойства кобальта, в частности, при определенном соотношении концентрации ионов и толщины пленки возможно изменение направление легкой оси намагниченности с плоскостной на полярную. В проекте предлагается исследовать структуры, в которых магнитные свойства (направление легкой оси) модулированы ионным пучком на масштабах порядка длины волны. Поскольку магнитоиндуцированные компоненты тензора квадратичной восприимчивости Co сравнимы с немагнитными, описанная модуляция ориентации легкой оси должна привести к модуляции квадратичной восприимчивости в пространстве. В проекте предполагается исследование структур с сконструированными различными распределениями квадратичной восприимчивости. Основное внимание будет уделено созданию и изучению периодических одномерных решеток. В дальнейшем возможно изучение двумерных периодических или квазипериодических распределений и более сложных наноструктур. При этом стоит подчеркнуть, что созданные таким образом структуры будут проявлять свои свойства исключительно в нелинейно-оптическом отклике, поскольку относительная величина линейных магнитооптических эффектов составляет порядка 10-3. (3) Упорядоченные массивы магнитных нанодисков (пермаллой), расположенных на немагнитной подложке в шахматном порядке. Ожидается, что данный тип структуры характеризуется азимутальной анизотропией магнитных свойств, что приведет к появлению анизотропии и соответствующему усилению магнито-индуцированного нелинейно-оптического отклика.
The project is devoted to the experimental studies of second-order nonlinear-optical effects in metallic nanostructures with inhomogeneous magnetization. The main attention will be focused on: (i) study of the formation mechanism of the SHG, possessed by inhomogeneous magnetization. We are planning to observe the second-order polarization, induced in artifitial structures with noncollinear magnetization; to reveal the main features of quadratic in magnetization contributions. (ii) study of the formation of planar structures with spatially-periodic distribution of magnetization-induced nonlinear susceptibility. The theme of the project is associated with the relevancy and high interest to magnetic nanostructures from the fundamental and practical points of view. The objects are: (1) 2D arrays of trilayer anisotropic nanoparticles (Co 10nm/Al 2nm/Co 10nm), where the antiferromagnetic arrangement of the two magnetic layers is possible. From the other hand, there is in-plane anisotropy due to the shape of the particles. The combination of the indicated properties allows to obtain (by external magnetic field) the situation, when the magnetizations of ferromagnetic layers are nonparallel. We will study the mechanism of the second harmonic generation in this situation. (2) Spatially-periodic structures, based of thin cobalt layers, irradiated by Ga ions. (3) Arrays of magnetic (permalloy) nanodiscs on nonmagnetic substrate.
Проект направлен на исследование механизмов формирования новых вкладов в квадратичный нелинейно-оптический отклик ферромагнитных наноструктур, обусловленных неоднородным пространственным распределением намагниченности и выраженной магнитной анизотропией. Соответственно, можно выделить следующие основные группы результатов, которые планируется получить по завершении проекта: 1. Комплексная характеризация образцов. Характеризация наноструктурированных образцов будет производиться методом атомно-силовой и сканирующей электронной микроскопии с целью выявления однородности и повторяемости структур на субмикронном масштабе. Особое внимание будет уделено изучению структур, состоящих из двумерного массива трехслойных частиц кобальта овальной формы с характерным размером 500 нм в которых предполагается методом магнито-силовой микроскопии визуализировать различные возможные состояния намагниченности. Будет изучена повторяемость распределения намагниченности в массиве нанообъектов, обусловленная формой частиц. 2. Изучение объемных магнитных свойств. Во всех магнитных структурах магнитные свойства будут исследованы методом магнитооптических эффектов Керра и Фарадея. При этом будут определены поля насыщения, коэрцитивная сила и форма петель гистерезиса. Полученные результаты позволят сделать вывод об усреднённых по макроскопическому объему магнитных свойствах структур, магнитной анизотропии. В частности, для структур на основе тонких пленок Со ожидается подтвердить возможность смены легкой оси намагничивания путем облучения образца потоком ионов. Для массива магнитных нанодисков предполагается зафиксировать магнитную анизотропию в плоскости структуры, обусловленную геометрией решетки, в узлах которой располагаются наночастицы. 3. Исследование нелинейно-оптических эффектов. а) Для всех исследуемых структур будут измерены анизотропия и поляризационные зависимости излучения, отраженного на частоте второй гармоники. Полученные зависимости позволят установить тип симметрии исследуемых объектов и основные особенности немагнитного (кристаллографического) нелинейно-оптического отклика. б) В массиве трехслойных магнитных частиц кобальта будет измерена зависимость магнитоиндуцированной квадратичной восприимчивости от приложенного магнитного поля (магнитооптический эффект Керра во второй гармонике) для различных поляризаций основной частоты и второй гармоники. Предполагается исследовать нелинейно – оптический отклик при приложении магнитного поля как вдоль легкой, так и вдоль тяжелой оси намагниченности, что обеспечит неколлинеарное состояние намагниченности в магнитных слоях. В совокупности с данными магнитно-силовой микроскопии это позволит выделить дополнительный вклад в нелинейную восприимчивость, связанный с понижением симметрии структуры при возникновении такого состояния. Оригинальность подхода заключается в контролируемом (внешним полем) создании условий появления дополнительного вклада, связанного с неколлинеарностью намагниченности ферромагнитных слоев структуры, который раньше не наблюдался. В то же время, предполагаемый микроскопический механизм появления данного вклада связан с обменным взаимодействием ферромагнитных слоев, что делает данный подход перспективным для изучения электронных свойств границы раздела двух ферромагнетиков. в) В тонких пленках кобальта, облученных ионами Ga+ , будет измерена зависимость угла поворота плоскости поляризации второй гармоники при намагничивании образца от потока облучающих ионов (измерение меридионального и полярного магнитооптических эффектов Керра во второй гармонике). Из экспериментальных данных будет определена относительная величина магнитоиндуцированных компонент квадратичной восприимчивости. В совокупности с результатами магнитооптических экспериментов в линейном отклике будет определена конфигурация эксперимента, обеспечивающая максимальную модуляцию нелинейной восприимчивости. г) В созданных на основе тонких пленках кобальта структурах с пространственным распределением восприимчивости будут изучены особенности генерации второй гармоники в дальнем поле: экспериментально измерена индикатриса рассеяния второй гармоники, зависимость индикатрисы рассеяния от состояния намагниченности структуры, поляризационные характеристики второй гармоники. Методом конфокальной микроскопии второй гармоники будет проведена прямая визуализация возможности формирования произвольного желаемого двумерного распределения нелинейной восприимчивости на субмикронном масштабе. Данный подход к созданию структур с модулированной нелинейной оптической восприимчивостью (при практически однородных из-за малости магнитооптических эффектов линейных свойствах) ранее не применялся. Метод можно рассматривать как универсальный способ конструирования нелинейного отклика на субволоновом масштабе. В то же время, предполагается использовать созданные структуры для дополнительного исследования квадрупольных вкладов в нелинейную поляризуемость. д) В массиве магнитных нанодисков (пермаллоя) будут измерены зависимости величины магнитного нелинейно-оптического эффекта Керра от внешнего магнитного поля для различных азимутальных положений образца. В результате анализа полученных зависимостей предполагается выявить анизотропию генерации второй гармоники, наведенную анизотропными магнитными свойствами структуры, а так же возможное усиление генерации второй гармоники.
Коллектив участников проекта специализируется в области изучения нелинейно-оптических эффектов в различных типах структур, имеет навыки применения широкого спектра нелинейно-оптических методик, среди которых измерения азимутальных, поляризационных и частотно-угловых зависимостей интенсивности генерации второй и третьей гармоник, исследование гиперрэлеевского рассеяния, магнитных нелинейно-оптических эффектов Керра и Фарадея, измерение петель магнитного гистерезиса в квадратичном оптическом отклике. Коллектив исполнителей проекта имеет большой опыт в исследовании тонких магнитных пленок. Например, описаны эксперименты по анизотропии генерации ВГ, наведенной внешним магнитным полем в структурно изотропных поликристаллических пленках Co/Au на поверхности кремния. Полученные результаты интерпретированы с помощью симметрийного анализа компонент квадратичной восприимчивости. Кроме того, проведено последовательное комплексное изучение магнитных, магнитооптичесих и магнитных нелинейно-оптических свойств серии пленок Co/Au на кремниевой подложке с варьируемой толщиной кобальта. Коллектив исполнителей проекта имеет значительный опыт в исследовании магнитных наноструктур, в том числе плазмонных.В частности, были исследованы массивы никелевых наностержней, в которых возможно возбуждение плазмонного резонанса как вдоль, так и поперек стержня. Спектроскопия отраженной магнитоиндуцированной ВГ в окрестности поперечного плазмона показала резонансное усиление магнитных эффектов, слабо проявляющееся в линейном оптическом отклике. В серии работ коллектива проводилось исследование оптического отклика в одномерных магнитоплазмонных кристаллах, состоящих из перфорированной пленки золота, нанесенной на магнитный диэлектрик (BIG). В таких структурах возможно распространение различных резонансных возбуждений, в том числе поверхностных плазмон-поляритонов (ППП). В работах коллектива исполнителей исследовалась серия связанных с этим эффектов.
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Нелинейно-оптические эффекты в металлических наноструктурах с неоднородным распределением намагниченности |
Результаты этапа: | ||
2 | 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. | Нелинейно-оптические эффекты в металлических наноструктурах с неоднородным распределением намагниченности |
Результаты этапа: |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".