מגנטו-אופטיים ומשולשים-אפיון של מבנים ננוטוני

מצבים אלקטרומגנטיים מוגבלים בגבישים פוטוני יכול לנבוע ממגוון של מקורות שונים, כמו פלמון מהדהד סביב ממשקי מתכת/מדידות או מהדהד מ.^א. ב. השבירה הגבוהה מדד מבנים ננו 1^,2,3, והוא יכול להיות מיועד להופיע על תדרים מוגדרים באופן ספציפי^4,5. נוכחותם מעניקה לתופעות מרתקות רבות כגון פערי להקות פוטוני^6,7,8, לוקליזציה של פוטון חזק⁹, אור איטי¹⁰ ו איצטרובלים של דיראק¹¹. מיקרוסקופ מישור פורייה וספקטרוסקופיה הם כלים בסיסיים לאפיון ננו-מבנים, כפי שהם מאפשרים לכידת תכונות חיוניות רבות של מצבים סגורים המתרחשים בהם. במיקרוסקופיה פורייה לחלל, בניגוד לדימות מטוס אמיתי קונבנציונאלי, המידע מוצג כפונקציה של קואורדינטות זוויתי^12,13. הוא ידוע לחילופין מטוס מוקד בחזרה (BFP) הדמיה כמו הפירוק זוויתי של האור הנובע המדגם נרשם מהמטוס מוקד האחורי של מטרת המיקרוסקופ. הספקטרום הזוויתי, דהיינו, פליטת השדה הרחוקה של המדגם קשורה למומנטום של אור הנובע ממנו (ħk). בפרט, הוא מייצג את המומנטום במישור (k_x, k_y) התפלגות¹⁴.

בדגימות פעילים מגנטו-אופיטים, נוכחות של מוטטים מוגבלים של הרגש הוכח כתוצאה משיפור ניכר של התגובה האופטית של מגנטו^{15,16,17,18,19}. מגנטו-אפקטים אופטיים תלויים בגיאומטריה ההדדית של השדה המגנטי ובמקרה של קרינה אלקטרומגנטית. הנפוצות ביותר שאירעו בעיקר מגנטו-אופטי גיאומטריות לאור מקוטב בצורה בינארית והמינוח שלהם מתוארים באיור 1. כאן, אנו להדגים התקנה כי ניתן להשתמש כדי לחקור שני אפקטים מגנטו-אופטיים הנצפים בהשתקפות: השפעות רוחבי ואורכי מגנטו-אופטי קר, מקוצר, בהתאמה, כמו TMOKE ו LMOKE. TMOKE היא אפקט אינטנסיביות, שבו השתקפות של מדינות מגנטיזציה מנוגדות שונות בעוד LMOKE מתבטא כסיבוב של הציר האור המשתקף משתקף. ההשפעות מובחנים על ידי כיוון המגנטיזציה ביחס לשכיחות האור, שם LMOKE, המגנטיזציה מכוונת במקביל לרכיב המטוס של וקטור הגל של האור תוך TMOKE הוא רוחבי אליו. לאור המקרה הרגיל, הן רכיבי המישור של המומנטום של האור הם null (k_x = k_y = 0) וכתוצאה מכך, שני האפקטים הם אפס. תצורות שבהן ניתן להציג את שני ההשפעות הן בקלות. עם זאת, כדי לפשט את ניתוח הנתונים, בהפגנה זו אנו מגבילים את עצמנו למצבים שבהם רק אחד ההשפעות קיים, כלומר TMOKE.

תצורות אופטיות אחדות ניתן להשתמש כדי למדוד את התפלגות זוויתי של אור הנפלט גבישים magnetophotonic. לדוגמה, ב קאליש ואח ‘²⁰ ובורבקובה ואח ‘²¹, מלכודת כזאת הייתה בשימוש מוצלח בגיאומטריה של שידור כדי לחשוף את ההשפעה הפלסטיות על תופעות מגנטו-אופטיות. כאיור, ב Kurvits ואח ‘²², כמה תצורות אפשריות מוצגות עבור מיקרוסקופ המשתמשת בעדשה האובייקטיבי אינסוף מתוקן. בתצורה שלנו, מתוארת באיור 2א, אנו משתמשים בעדשה מתוקנת אינפיניטי שבה האור המגיע מנקודה נתונה במדגם מופנית העדשה האובייקטיבית לתוך הקורות הקולינאריות. באיור 2א, קורות המתעוררים מלמעלה (קווים מקווקווים) והחלק התחתון (קווים אחידים) של המדגם מתוארים ביניהם. לאחר מכן, עדשת איסוף משמשת למקד את הקורות האלה כדי ליצור תמונה במישור התמונה (IP). העדשה השנייה, הידועה גם בשם ברטרנד עדשה, ממוקם לאחר מכן לאחר מטוס התמונה להפריד את האור הנכנס במישור המוקד שלה לתוך רכיבים זוויתי, מתואר באיור 2א באדום, כחול ושחור. מתוך מטוס מוקד אחורי זה, התפלגות זוויתית של האור הנפלט על ידי המדגם ניתן למדוד עם מצלמה. באופן יעיל, העדשה ברטרנד מבצעת התמרת פורייה על קרן האור המגיעה אליו. התפלגות העוצמה המרחבית ב-BFP תואמת להתפלגות הזוויתית של קרינת האירוע. מרחב הדדי מלא השתקפות ההשתקפות של המדגם ניתן להקים על ידי הארת המדגם עם מטרה זהה המשמש לאיסוף התגובה של המדגם. קורות התאורה הנכנסות והחוצה מופרדות באמצעות מפצל קרן. הכיוונון המלא מתואר באיור 3א. כדי להשיג ספקטרום, יש צורך במקור אור הניתן להשגה או במונכרומאטור. לאחר מכן ניתן לחזור על המדידה באמצעות אורכי גל שונים, ולזכור שבגלל הספקטרום של מקורות האור הסטנדרטיים, התוצאות צריכות להיות מנורמלות להשתקפות של דגימת בקרה. למטרה זו, ניתן להשתמש במראה או בחלק מהדוגמה שנותרה במתכוון ללא תבנית כדי לאפשר השתקפות גבוהה. כדי לסייע במיקום, אנו מראים כיצד לשלב את הכיוונון עם מערכת אופטית נוספת המאפשרת הדמיה של מרחב אמיתי של המדגם, המוצגת באיור 2ב.

כעת אנו ממשיכים להקים שיטה למדידת ספקטרום של מגנטו-אופטי זוויתי של גביש פוטטון, שימוש כדוגמה מייצגת, פומפיה DVD מכוסה בסרט Au/Co/Au שבו הנוכחות של קובלט ferromגנטית מעניקה עלייה לפעילות מגנטו-אופטי ניכרת²³. הגלי המחזורית של ה-DVD פומפיה מאפשר משטח פלמון polariton (SPP) מהדהד בצירופים שונים באורך הגל-זווית הניתנים על ידי

כאשר n הוא מדד השבירה של הסביבה הסובבת, k₀ וקטור הגל של אור בחלל החופשי, θ₀ זווית השכיחות, d תקופתיות של פומפיה ו – m הוא מספר שלם המציין את הסדר של spp. וקטור גל SPP ניתן על ידי שם ε₁ ו- ε₂ הם הפרמידות של השכבה מתכתי הסביבה מדידות סביב. בשל העובי של הסרט הזהב/קובלט רב שכבתי, אנו יכולים להניח כי spps הם נרגשים רק על גבי הסרט רובת שכבות.