ИСТИНА

Целью проекта является разработка, создание и исследование перестраиваемых плазмонных кристаллов, оптические свойства которых могут быть модулированы за счет воздействия на них фемтосекундными лазерными импульсами, внешним магнитным полем или ультразвуковой волной. В рамках проекта будут экспериментально и теоретически изучены плазмонные кристаллы, которые состоят из благородного металла, перфорированного периодической системой щелей или отверстий, и однородного слоя магнитного диэлектрика на немагнитной подложке. При этом будут рассмотрены несколько механизмов модификации оптических свойств плазмонного кристалла, связанных с (1) изменением недиагональных компонент тензора диэлектрической проницаемости магнитного диэлектрика за счет приложения внешнего магнитного поля, благодаря магнитооптическим эффектам; (2) изменением диэлектрической проницаемости металла или диэлектрика за счет воздействия фемтосекундным лазерным импульсом; (3) изменением геометрических размеров и формы плазмонного кристалла за счет приповерхностной акустической волны, генерированной фемтосекундным лазерным импульсом или за счет ультразвуковой волны. В рамках проекта будут исследованы вышеперечисленные механизмы и на основе полученных результатов решена задача, связанная с усилением эффективности воздействия лазерного излучения и магнитного поля на металло-диэлектрический материал. Необходимо отметить, что в рамках проекта будет создана новая экспериментальная установка на физическом факультете МГУ для исследования оптических и магнитооптических спектров наноструктурированных материалов, позволяющая проводить уникальные исследования на мировом уровне.

В рамках данного проекта исследованы механизмы модуляции оптических свойств периодических плазмонных структур за счет внешнего воздействия. Объектом исследования являлись плазмонные кристаллы, состоящие из благородного металла, перфорированного периодической системой щелей или отверстий, и однородного слоя магнитного диэлектрика на немагнитной подложке. В ходе выполнения проекта создана экспериментальная установка для оптической спектроскопии различных наноструктурированных материалов и наблюдения различных магнитооптических эффектов при различных поляризациях и углах падения света в спектральном диапазоне 500-1700 нм с разрешением до 0,3 нм. Намагничивание образца производится электромагнитом, создающим магнитное поле с индукцией до 3200 Э. На первом этапе проекта проведен расчет оптических спектров коэффициентов пропускания, отражения, поглощения в плазмонных кристаллах в зависимости от их геометрических параметров. При этом установлена связь наблюдаемых в этих спектрах резонансов с возбуждением различных собственных мод структуры. Получены аналитические выражения для определения резонансов типа Фабри-Перо в плазмонных кристаллах. Проведен расчет параметров плазмонного кристалла для проведения экспериментов по изучению влияния магнитного поля, лазерного излучения и ультразвука на их оптические свойства. В сотрудничестве с группой М. Байера (Университет Дортмунда) экспериментально изучено фотовозбуждение электронов лазерным импульсом и возникающая в результате этого модуляции плазмонных резонансов. Продемонстрирован метод изучения сверхбыстрых изменений различных вкладов в диэлектрическую проницаемость посредством наблюдения модуляции коэффициентов пропускания и отражения плазмонного кристалла с фемтосекундным временным разрешением. Кроме того, теоретически исследовано взаимодействие поверхностного плазмона с неоднородностью диэлектрической проницаемости металла, индуцированной плазмоном накачки. На втором этапе проекта экспериментально исследовано взаимодействие оптических импульсов и когерентных фононов внутри образца, покрытого плазмонной золотой решеткой. В сотрудничестве с группой М. Байера (Университет Дортмунда) показано, что взаимодействие оптического и акустического импульсов происходит внутри образца вдали от поверхности. Предсказан и экспериментально продемонстрирован меридиональный интенсивностный эффект, возникающий в магнитных плазмонных кристаллах с волноведущим слоем, намагниченным в меридиональной конфигурации. Величина эффекта достигала 24%. Предложены способы усиления эффекта. Исследованы особенности взаимодействия оптического пучка с поверхностной рэлеевской акустической волной, распространяющейся в гетероструктуре диэлектрик - воздух - металл. Установлено, что если одновременно выполняются условия возбуждения плазмон-поляритона на поверхности металла и условие Брэгга, происходит усиление эффективности акустооптического взаимодействия. Разработана конструкция акустоплазмонного модулятора оптического излучения. Показано, что применение акустоплазмонного взаимодействия в структуре анизотропный диэлектрик-металл-воздух позволяет осуществить управление углом отражения оптического луча и проводить фильтрацию немонохроматического оптического излучения по длинам волн. Исследован процесс взаимодействия двух плазмонных импульсов на границе кубично-нелинейного диэлектрика и металла. Показано, что в результате такого взаимодействия характеристики слабого сигнального импульса (его частота, скорость, длительность и профиль) претерпевают изменение вследствие локальной модуляции диэлектрической проницаемости кубичного диэлектрика мощным опорным плазмоном.