ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПОДСИСТЕМ И ПОВЕРХНОСТНЫЕ ГИБРИДНЫЕ ВОЛНЫ В СЛОИСТЫХ НАНОСТРУКТУРАХ

Объект исследования - взаимодействие подсистем и поверхностные гибридные волны в слоистых наноструктурах. Цель исследования - решение фундаментальных проблем электродинамики, магнетизма, акустики, оптики и физики фазовых переходов, изучение влияния взаимодействия подсистем (спиновой, упругой, дипольной, электронной), электромагнитных волн и фазовых переходов на динамические свойства поверхностных волн различной природы в слоистых наноструктурах. Исследовано распределение магнитного поля, индуцируемого поверхностными плазмон-поляритонами, распространяющимися вдоль цилиндрического волновода на основе графена. Показано, что продольная составляющая магнитного поля определяется азимутальным индексом распространяющейся моды. В одномодовом режиме создается магнитное поле, не зависящее от азимутального угла. В многомодовом режиме возможно получение сложного распределения магнитного поля вихревого типа. Изменение сдвига фаз распространяющихся мод приводит к вращению распределения магнитного поля относительно оси волновода. Показана возможность возникновения периодического вдоль оси распространения магнитного поля. Полученные результаты могут оказаться полезными для стабилизации и управления скирмионами, Блоховскими точками и другими вихревыми магнитными структурами. Возможность создания периодического вдоль оси распространения магнитного поля может послужить толчком к созданию плазмонно управляемых магнонных кристаллов. Исследованы условия распространения поверхностных плазмон-поляритонов ТЕ-типа в цилиндрических волноводах на основе графена. Показано, что наличие отрицательной мнимой части проводимости графена не является достаточным условием распространения волн указанного типа. Радиус цилиндрической структуры должен превышать критическое значение, которое определяется частотой электромагнитной волны и разностью диэлектрических проницаемостей сердцевины и оболочки. Минимальное значение критического радиуса сопоставимо с длиной волны в вакууме и соответствует внутризонным переходам носителей заряда в графене. Показано, что использование многослойного графена может позволить уменьшить критический радиус. Полученные результаты показывают возможность использования ТЕ плазмонов для передачи и обработки информации в оптике, включая телекоммуникационные частоты. Предсказано гигантское Фарадеевское вращение поверхностных плазмон-поляритонов, распространяющихся по магнитооптически активным нанопроводам, покрытым графеном. При переключении внешнего магнитного поля, направленного вдоль оси нанопровода, некоторые плазмонные моды высоких порядков могут поворачиваться на угол до 100° на масштабах порядка 500 нм в среднем инфракрасном диапазоне частот. Изменение концентрации носителей заряда в графене химическим допированием или внешним электрическим полем позволяет управлять плазмонными свойствами и особенно углом поворота азимутальных мод высоких порядков. Полученные результаты улучшают понимание микроскопических механизмов усиления магнитооптических эффектов в магнитоплазмонных наноструктурах и могут быть использованы для новых плазмонных приложений, варьирующихся от Фарадеевских изоляторов на основе нанопроводов до магнитного управления в квантовой оптике. Исследованы взаимодействия поверхностных плазмон-поляритонов металла (графена) со спиновыми волнами антиферромагнитного диэлектрика на границе раздела. Получено распределение эффективного магнитного поля, индуцируемого за счет обратного эффекта Фарадея. Проведено моделирование распространения поверхностных электромагнитных волн на границах раздела анизотропных сред с неоднородными (зависящими от координат) диэлектрическими проницаемостями. Рассмотрен случай неоднородности диэлектрической проницаемости вида ε(z) = ε0+Δε(z), Δε(z) = Acos(kz), A = 0,01ε0. Обнаружено, что вдоль поверхности могут распространяться как поперечно-электрические (TE), так и поперечно-магнитные (ТМ) волны. Исследованы взаимодействия поверхностных плазмон-поляритонов металла (графена) со спиновыми волнами магнитного диэлектрика на границе раздела. Показано, что при определенных условиях такое взаимодействие может приводить к гибридизации плазмон-поляритонов с магнонами. Исследованы эффекты оптической активности в новом классе наноматериалов плазмоники и магнитоплазмоники - метаструктурах (структурах на основе метаповерхности из графеновых лент), рассчитаны волноводные свойства метатрубок и резонансные частоты метатрубок конечной длины и метатороидов. Показано, что метатрубка может поддерживать как гиперболические, так и эллиптические плазмоны. Гиперболические и эллиптические плазмоны высших азимутальных мод разделены запрещенной зоной.