Резонансное усиление эффекта фарадея в магнитоплазмонном нанокомпозите

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Приведены результаты теоретического и экспериментального исследования усиления магнитооптического эффекта Фарадея в магнитоплазмонном нанокомпозите, обусловленного локализованным плазмонным резонансом (ЛПР) в металлических наночастицах. Нанокомпозит представляет собой трехслойную структуру из самоорганизующихся наночастиц золота в матрице висмутзамещенного феррит-граната. Теоретически и экспериментально показано, что усиление магнитооптического эффекта Фарадея определяется воздействием магнитного поля на магнитоплазмонный композит как эффективную среду в целом. При этом в магнитоплазмонном нанокомпозите наблюдается как усиление эффекта Фарадея на резонансных длинах волн ЛПР, так и некоторое его ослабление в области коротких, относительно ЛПР, длин волн. Теоретически показано, что комплексный индекс гирации в недиагональных членах тензора эффективной диэлектрической проницаемости для магнитоплазмонного композита кроме поворота плоскости поляризации приводит к появлению знакопеременной эллиптичности в окрестности плазмонного резонанса, которая наблюдается в виде асимметрии магнитооптического вращения.

Об авторах

С. В. Томилин

Крымский федеральный университет им. В.И. Вернадского

Автор, ответственный за переписку.
Email: tomilin_znu@mail.ru
Россия, просп. Вернадского, 4, Симферополь, 295006

А. В. Каравайников

Крымский федеральный университет им. В.И. Вернадского

Email: tomilin_znu@mail.ru
Россия, просп. Вернадского, 4, Симферополь, 295006

С. Д. Ляшко

Крымский федеральный университет им. В.И. Вернадского

Email: tomilin_znu@mail.ru
Россия, просп. Вернадского, 4, Симферополь, 295006

Е. Т. Милюкова

Крымский федеральный университет им. В.И. Вернадского

Email: tomilin_znu@mail.ru
Россия, просп. Вернадского, 4, Симферополь, 295006

О. А. Томилина

Крымский федеральный университет им. В.И. Вернадского

Email: tomilin_znu@mail.ru
Россия, просп. Вернадского, 4, Симферополь, 295006

В. Н. Бержанский

Крымский федеральный университет им. В.И. Вернадского

Email: tomilin_znu@mail.ru
Россия, просп. Вернадского, 4, Симферополь, 295006

Список литературы

  1. Sharkawy A., Shi Sh., Prather D.W. Heterostructure photonic crystals: theory and applications // Appl. Opt., 2002. V. 41. P. 7245–7253.
  2. Uchida K., Adachi H., Kikuchi D., Ito S., Qiu Z., Maekawa S., Saitoh E. Generation of spin currents by surface plasmon resonance // Nature Communications. 2014. V. 6. P. 5910.
  3. Ignatyeva D.O., Knyazev G.A., Kapralov P.O., Dietler G., Sekatskii S.K., Belotelov V.I. Magneto-optical plasmonic heterostructure with ultranarrow resonance for sensing applications // Scientific Reports. 2016. V. 6. P. 28077.
  4. Kharratian S., Urey H., Onbaşlı M.C. RGB Magnetophotonic Crystals for High-contrast Magnetooptical Spatial Light Modulators // Sci. Rep. 2019. V. 9. P. 644.
  5. Soldano L.B., Pennings E.C.M. Optical multi-mode interference devices based on self-imaging: Principles and applications // J. Lightwave Technol. 1995. V. 13 (4). P. 615.
  6. Baryshev A.V., Uchida H., Inoue M. Peculiarities of plasmon-modified magneto-optical response of gold–garnet structures // J. Opt. Soc. Am. B. 2013. V. 30(9). P. 2371.
  7. Uchida H., Masuda Y., Fujikawa R., Baryshev A.V., Inoue M. Large enhancement of Faraday rotation by localized surface plasmon resonance in Au nanoparticles embedded in Bi: YIG film // J. Magn. and Magn. Mat. 2009. V. 321. P 843.
  8. Fujikawa R., Baryshev A.V., Kim J., Uchida H., Inoue M. Contribution of the surface plasmon resonance to optical and magneto-optical properties of a Bi: YIG-Au nanostructure // J. App. Phys. 2008. V. 103. P. 07D301.
  9. Tkachuk S., Lang G., Krafft C., Rabin O., Mayergoyz I. Plasmon resonance enhancement of Faraday rotation in thin garnet films // J. App. Phys. 2011. V. 109. P. 07B717.
  10. Zhu H., Gao M., Pang C., Li R., Chu L., Ren F., Qin W., Chen F. Strong Faraday Rotation Based on Localized Surface Plasmon Enhancement of Embedded Metallic Nanoparticles in Glass // Small Sci. 2022. V. 2. P. 2100094.
  11. Chin J.Y., Steinle T., Wehlus T., Dregely D., Weiss T., Belotelov V.I., Stritzker B., Giessen H. Nonreciprocal plasmonics enables giant enhancement of thin-film Faraday rotation // Nature Commun. 2013. V. 4. P. 1599.
  12. Belotelov V.I., Doskolovich L.L., Kotov V.A., Bezus E.A., Bykov D.A., Zvezdin A.K. Faraday effect enhancement in metal-dielectric plasmonic systems // Proc. of SPIE. 2007. V. 6581. P. 65810S.
  13. Krichevsky D.M., Kalish A.N., Kozhaev M.A., Sylgacheva D.A., Kuzmichev A.N., Dagesyan S.A., Achanta V.G., Popova E., Keller N., Belotelov V.I. Enhanced magneto-optical Faraday effect in two-dimensional magnetoplasmonic structures caused by orthogonal plasmonic oscillations // Phys. Rev. B. 2020. V. 102. P. 144408.
  14. Bremer J., Vaicikauskas V., Hansteen F., Hunderi O. Influence of surface plasmons on the Faraday effect in bismuth-substituted yttrium iron garnet films // J. App. Phys. 2001. V. 8 (11). P. 6177.
  15. Mikhailova T.V., Lyashko S.D., Tomilin S.V., Shaposhnikov A.N., Karavainikov A.V., Berzhansky V.N. Hybrid states of Тamm plasmon polaritons in nanostructures with Bi-substituted iron garnets // Journal of Physics: Conference Series. 2019. V. 1389. P. 012103.
  16. Tomilin S., Karavaynikov A., Lyashko S., Tomilina O., Berzhansky V., Gusev A., Linert W., Yanovsky A. Asymmetric Magneto-Optical Rotation in Magnetoplasmonic Nanocomposite // J. Compos. Sci. 2023. V. 7. P. 287.
  17. Tomilin S.V., Berzhansky V.N., Shaposhnikov A.N., Prokopov A.R., Karavaynikov A.V., Milyukova E.T., Mikhaylova T.V., Tomilina O.A. Vertical Displacement of the Magnetooptical Hysteresis Loop in the Magnetoplasmonic Nanocomposite // Phys. Solid State. 2020. V. 62 (1). P. 144.
  18. Tomilin S.V., Berzhansky V.N., Shaposhnikov A.N., Lyashko S.D., Mikhailova T.V., Tomilina O.A. Spectral Properties of Magneto-plasmonic Nanocomposite. Vertical Shift of Magneto-Optical Hysteresis Loop // J. Phys.: Conference Series. 2019. V. 1410. P. 012122.
  19. Tomilina O.A., Berzhansky V.N., Tomilin S.V. The Influence of Dielectric Environment on Spectral Shift of Localized Plasmonic Resonance // J. Phys.: Conference Series. 2020. V. 1695. P. 012138.
  20. Baryshev A.V., Merzlikin A.M. Tunable Plasmonic Thin Magneto-Optical Wave Plate // J. Opt. Soc. Am. B. 2016. V. 33(7). P. 1399.
  21. Звездин А.К., Котов В.А. Магнитооптика тонких пленок. М.: Наука, 1988. 192 с.
  22. Tomilin S.V., Karavaynikov A.V., Lyashko S.D., Milyukova E.T., Tomilina O.A., Yanovsky A.S., Belotelov V.I., Berzhansky V.N. Giant enhancement of the Faraday effect in a magnetoplasmonic nanocomposite // Optical Mater. Express. 2022. V. 12 (4). P. 1522.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать