ИСТИНА

НИР направлена на проведение фундаментальных исследований основных особенностей оптического и нелинейно-оптического отклика магнитных наноструктур. Проект направлен на исследование динамики магнитооптического и нелинейного магнитооптического отклика металлических магнитных наноструктур. Будут исследованы двумерные решетки наночастиц различной формы, в которых намагниченность имеет вихревую или антивихревую структуру, гофрированных магнитных пленок, магнитоплазмонных и слоистых антиферромагнитных структур. Изучение таких структур будет проведено с использованием группы методов, основанных на эффекте генерации оптической второй гармоники.

В соответствии с основными целями проекта в течение 2014 г. было проведено экспериментальное исследование оптического, нелинейно-оптического и магнитооптического отклика магнитных наноструктур. Можно отметить получение следующих основных результатов. 1. Впервые исследован эффект генерации оптической второй гармоники и магнитного нелинейно-оптического эффекта Керра в 1D магнитоплазмонных кристаллах, образованных одномерной золотой решеткой на поверхности слоя висмут-замещенного граната толщиной от ста нм до единиц микрометров. Обнаружено резонансное возрастание интенсивности второй гармоники и магнитного нелинейно-оптического эффекта Керра в спектральной окрестности резонанса плазмон-поляритонной моды, возбуждаемой на границе раздела железо-висмутовый гранат – золото. Эти эффекты обусловлены локализацией оптического излучения в структуре и изменением дисперсионных зависимостей плазмон-поляритонов в присутствии внешнего магнитного поля. Впервые показано, что данный резонанс приводит к значительному изменению фазы волны второй гармоники в окрестности возбуждения данной плазмон-поляритонной моды, что подтверждает его резонансную природу. 2. Для регулярного двумерного массива магнитных субмикрочастиц методом «накачка-зондирование» исследована сверхбыстрая динамика наведенного оптического двулучепреломления и магнитооптического эффекта Керра. Определены характерные времена и основные механизмы наведенной оптической анизотропии, связанные с быстрой керровской нелинейностью и лазерно-индуцированным размагничиванием наночастиц (на временах задержки пробного излучения менее 1 пс), и акустическими колебаниями кварцевой подложки, резонансно возбуждаемыми мощным излучением накачки в регулярной решетке частиц кобальта (при временах задержки более 600 пс). 3. Исследованы эффекты генерации оптической второй гармоники и магнитного нелинейно-оптического эффекта в трехслойных структурах ферромагнитный металл/немагнитный диэлектрик/ ферромагнитный металл. Показано, что для описания их квадратичного нелинейного отклика необходимо учитывать квадратичные по намагниченности составляющие нелинейной поляризации, в том числе описывающие вклад магнитного тороидного момента. Показано, что при генерации оптической второй гармоники в структуре ФМ-НМ-ФМ можно выделить составляющую квадратичной поляризации, симметрия которой соответствует обменному взаимодействию между слоями ферромагнитного металла. Развито феноменологическое описание генерации ВГ в данной структуре. 4. Проведены экспериментальные исследования динамики линейного и нелинейно-оптического откликов композитной гетероструктуры на основе тонкой ферромагнитной пленки (кобальта) на поверхности трехмерного топологического изолятора Bi2Te3. Показано, что изучение динамики отклика ВГ от такой структуры позволяет выделить вклад поверхностной фононной моды, возбуждаемой в теллуриде висмута под действием мощного излучения накачки. В структурах Au/Co/Al2Ox/Bi2Te3 исследована решеточная динамика при температурах 90 и 150 К. Обнаружена асимметрия фононной линии, наблюдаемая при низких температурах и уменьшающаяся с повышением температуры. Предположительно, данный эффект связан с электрон-фононным взаимодействием на поверхности топологического изолятора в магнитном поле. Изучены эффекты спектрального усиления интенсивности второй гармоники и магнитного нелинейно-оптического эффекта в одномерных магнитоплазмонных кристаллах, образованных решеткой золота на поверхности пленки феррит-граната. предложено феноменологическое описание полученных результатов. Исследованы оптические и нелинейно-оптические свойства двумерных планарных массивов наночастиц золота, расположенных в матрице магнитного диэлектрика. Показано, что при возбуждении резонанса локальных поверхностных плазмонов в наночастицах золота наблюдается возрастание интенсивности оптической второй гармоники, что связано со спектральным усилением локального оптического поля на несущей частоте вблизи металлических наночастиц. Обнаружено усиления интенсивности генерации оптической гармоники в области резонансного возбуждения магнитного дипольного резонанса в композитных наночастицах состава Au/MgF2/Au, расположенных на поверхности кристаллического кварца в виде квадратной решетки элементов.