Плазмонные наноструктуры для оптических метаматериалов

Объект исследования: Плазмонные наноструктуры. Цель работы: Экспериментальное исследование оптических свойств плазмонных наноструктур и разработка методов их изготовления. Методы исследования, кроме используемых приборов и аппаратуры: Оптические свойства резонансов в плазмонных наноструктурах изучались с помощью спетроскопии пропускния/отражения, спектроскопии фотолюминисценции, спектроскопии комбинационного рассеяния. Наноструктуры изготавливаются с помощью химического синтеза или электронно-лучевой литографии. Достигнутые результаты: 1. Диэлектрическая функция Ag для полосок нано-размера, шириной вплоть до 100 нм, отличается от диэлектрической функции объемного Ag и зависит от размера для обеих поляризаций света, вдоль и перпендикулярно полоскам. Против ожидания, геометрический эффект шероховатости, в основном, отвечает за увеличение потерь при плазмонных резонансах наноструктуры, в то время как шероховатость поверхности не влияет на саму диэлектрическую проницаемость Ag. 2. Обнаружены и исследованы УФ резонансы в однодоменных наночастицах кобальта. 3. Показана применимость металических наноструктур для субдифрационных плоских линз на основе гиперболических метаматериалов. 4. Влияние отжига на характеристики наноструктуры зависит от геометрии и может быть как положительным, так и отрицательным. В случае наноантенн (пара наночастиц 100х100 нм) квадратной формы, отжиг не только увеличивает размер доменов, но и снижает коэффициент отражения потенциальных барьеров между доменами. 5. Показана важность эффектов насыщения для фактора усиления локального поля, ключевого фактора влияющего на нелинейные процессы и гигантское комбинационное рассеяние (ГКР). 6. Экспериментально показано, что дифрагированный свет распространяется внутри гиперболического материала, изготовленного из плоской слоистой структуры серебро-кремнезем, вдоль эффективной границы резонансного конуса между направлениями с положительной и отрицательной диэлектрической проницаемостью. 7. Показано, что сечение пропускания для микросфер ядро-оболочки выше, чем у исходной микросферы (без оболочки) на длине волны Ми-резонанса. Резонанс рассеяния Mи на 560 нм кремнеземной микросферы диаметром 780 нм подавляется на 75% и частично замещается поглощением в оболочке, так, что общее пропускание увеличивается в 1,6 раза за счет золотой фрактальной оболочки. Новизна: Экспериментально продемонстрирована реализуемость и исследованы оптические метаматериалы с отрицательным показателем преломления, метамагнетики в видимом спектральном диапазоне. Продемонстрирована субдифпакционная фотолитография с использованием гиперболических метаматериалов. Обнаружено подавление рассеяния микросфер с помощью фрактальной оболочки с диэлектрической проницаемостью близкой к нулю, и влияние размерного эффекта в наноструктурах на диэлектрическую функцию металла. Мы впервые продемонстрировали возможность осуществления оптических плазмонных метаматериалов с компенсацией потерь в них с помощью усиливающих сред. Открыты плазмоны нового типа в магнитных наночастицах с поляризацией спина. Внедрение: Разработанные методы изготовления и анализа оптических метаматериалов на основе плазмонных наноструктур могут применяться в нанолитографии, для контроля диэлектрической и магнитной проницаемостей материалов и для фотонных интегральных схем. Эффективность: В данной работе используются современные методики физического эксперимента, в частности методы изготовления наноструктур и спектроскопии как линейной так и нелинейной. Область применения: Нанотехнологии, физика материалов, фотонные интегральные схемы.