Регистрация / Вход
Прислать материал

Магнитофотоника наноструктурированных материалов и устройств

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
магнитофотоника, нанофотоника, наноплазмоника, лазерная физика, фемтосекундная оптика, фотонные кристаллы, метаматериалы, нелинейная оптика, сверхбыстрые явления

Цель проекта:
Целью научных исследований, проводимых в рамках проекта, является получение новых функциональных материалов для оптоэлектроники и фотоники:  одномерных и двумерных магнитоплазмонных и плазмонных кристаллов, обеспечивающих резонансные плазмонные свойства в видимом и/или ближнeм инфракрасном диапазоне и демонстрирующие усиление магнитооптического отклика в этих резонансах, а также специфических волноводных модах; высокодобротных магнитофотонных микрорезонаторов с возможностью сверхбыстрой внутриимпульсной модуляции фарадеевского поворота внутри  одного фемтосекундного импульса; фотонные кристаллов, поддерживающих возбуждение оптических таммовских состояний и таммовских плазмон-поляритонов.

Основные планируемые результаты проекта:
Будут разработаны численные модели оптимальных для применений конфигураций образцов плазмонных, магнитоплазмонных наноструктур, метаматериалов, одномерных магнитофотонных микрорезонаторов, одномерных слоистых структур, поддерживающих распространение таммовских плазмон-поляритонов.
Будут изготовлены образцы плазмонных, магнитоплазмонных наноструктур, магнитофотонных микрорезонаторов, фотонных кристаллов, оптимизированных для применений их резонансных пламонных, магнитооптических, нелинейно-оптических свойств.
Будут экспериментально продемонстрированы резонансные эффекты в сверхбыстром и нелинейно-оптическом отклике полученных структур.
Будет обеспечена интеллектуальная защита полученных результатов, а также их публикация в ведущих мировых научных изданиях.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Общую цель научных исследований можно разделить на следующие конкретные задачи:

1. Установление оптимальных геометрических параметров образцов плазмонных, магнитоплазмонных наноструктур, метаматериалов путем компьютерного расчета оптических свойств методом конечных разностей во временной области. Выбор данного подхода обусловлен универсальностью алгоритма расчетов для различных оптических систем, что обеспечит получение быстрого и достоверного научного результата. Новизна подхода будет состоять в построении оригинальных компьютерных моделей изучаемых образцов путем комбинирования простых геометрических составляющих в сложные объекты.
2. Установление оптимальных геометрических параметров образцов одномерных магнитофотонных микрорезонаторов, одномерных слоистых структур, поддерживающих распространение таммовских плазмон-поляриторов. Расчеты параметров (материалы, количество и толщины слоев фотонного кристалла, параметры буферного слоя и металлической пленки) фотоннокристаллических структур для эффективного возбуждения ТПП будут производиться методом матриц распространения с учетом реальной дисперсии используемых материалов. Для расчета магнитных сред будет реализован собственный программных код в среде LabView для расширенного метода матриц распространения 4х4.
3. Изготовление макетных образцов плазмонных, магнитоплазмонных наноструктур, магнитофотонных микрорезонаторов, фотонных кристаллов с помощью комбинацией методов электронно-лучевой литографии, ионно-лучевой литографии, термического и магнитронного напыления, лазерной интерференционной литографии. Выбор подходов обусловлен требованиями по реализации технических характеристик образцов, необходимостью комбинации нескольких литографических методик, требуемой точностью исполнения образцов. Ключевым фактором новизны являются уникальные навыки коллектива в исполнении многостадийного изготовления магнитных структур с промежуточным отжигом, влияющим на результаты всех предыдущих операции. Решение этой задачи планируется главным образом силами японского партнера.
4. Линейно-оптическая и структурная характеризация полученных образцов с помощью комбинации методов электронной, атомно-силовой, оптической микроскопии, а также линейной микроспектроскопии коэффициентов пропускания и отражения в видимом и ближнем ИК-диапазонах. Данные экспериментальные подходы выбраны как наиболее стандартные и доступные методики, обеспечивающие наиболее полную характеризацию разрабатываемых объектов. Коллектив исполнителей обладает полным спектром таких методик, обеспечивающих высокую точность и достоверность измерений. Дальнейшая задача - оптимизация процедур изготовления по результатам характеризации.
5. Численное моделирование резонансных плазмонных, магнитоплазмонных, магнитофотонных эффектов в полученных образцах по определенным экспериментально параметрам. Определение необходимых спектральных и временных диапазонов наблюдения резонансных оптических, магнитооптических, нелинейно-оптических и сверхбыстрых оптических особенностей образцов.
6. Экспериментальный поиск, наблюдение и детальное исследование резонансных эффектов в сверхбыстром и нелинейно-оптическом отклике полученных структур. Решение данной задачи потребует привлечения всего комплекса современных оптических методик, имеющегося в распоряжении российской группы: нелинейно-оптической спектроскопии оптических гармоник, фемтосекундной лазерной спектроскопии, спектроскопии проба-накачка, магнитооптической спектроскопии. Кроме того, для проведения ключевых исследований может потребоваться модификация существующей экспериментальной установки для частотно-разрешающего оптического стробирования для создания магнитного поля в области образца. На этой стадии планируется создание результата, способного к правовой охране: из полученных макетов будут выбраны образцы, обеспечивающие наиболее добротные резонансы для использования в сенсорике и/или структуры для модуляции различных параметров оптического излучения.
7. По результатам работ проработка возможности интеллектуальной защиты полученных результатов, а также публикации в ведущих мировых научных изданиях.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Ожидается, что результаты приведут к возможности создания новых устройств. Так, эффект Фарадея, уже сейчас использующийся в устройствах одностороннего пропускания света — так называемых фарадеевских изоляторах — получил распространение во многих лазерных системах, а также компонентах интегрированной фотоники, разрабатываемых и используемых такими важнейшими индустриальными игроками, как IBM, Intel, Thorlabs, Newport, и другими. Разработка структур, приводящих к увеличению эффекта за счет конфигурационных резонансов и управлению законом дисперсии в гиротропных средах, приведет к появлению более компактных устройств фотоники.

Текущие результаты проекта:
Разработаны численные модели оптимальных для применений конфигураций образцов плазмонных, магнитоплазмонных наноструктур, метаматериалов, одномерных магнитофотонных микрорезонаторов, одномерных слоистых структур, поддерживающих распространение таммовских плазмон-поляритонов.
Изготовлены образцы плазмонных, магнитоплазмонных наноструктур, магнитофотонных микрорезонаторов, фотонных кристаллов, оптимизированных для применений их резонансных пламонных, магнитооптических, нелинейно-оптических свойств.
Экспериментально продемонстрированы резонансные эффекты в сверхбыстром и нелинейно-оптическом отклике полученных структур.
Готовится заявка на патент.