フォトニックナノ構造のスペクトルと角度分解磁気光学特性

フォトニックバンド構造は、フォトニック結晶中の閉じ込められた電磁モードの分散関係をマッピングし、磁気光学効果などの強化された光物質相互作用に関連付けられている。この方法では、フォトニック結晶の逆空間における磁気光学効果のマッピングを可能にし、磁化がフォトニック応答をどのように変更するかを直接研究することができます。磁気光学結晶は非逆光性に興味深いものです。

この手法は、単純なプラズモニック格子で実証しますが、他の多くのタイプのフォトニック結晶にも適用できます。この技術の特定の課題の1つは、磁気光学効果は通常非常に弱いので、ノイズが最小限に抑えるように細心の注意を払わなければならないということです。十分な振動分離を備えたオプティカルテーブル上にセットアップを構築することで始めます。

サンプルから出てくるビームの光学は、サンプルの各点から共線ビームに現れる波面を向ける無限補正対物レンズで示されるように設定する必要があります。目的から 200 ミリメートル 330 ミリメートルの f を持つコレクター レンズを配置し、ビームを再び焦点を合わせてイメージ プレーンにイメージを形成します。イメージプレーンの後にフリップミラーを挿入して、サンプルのリアルスペースイメージングを可能にし、画像平面が焦点になるように125ミリメートルのFを持つL1レンズを挿入します。

L1から135ミリメートルの距離で250ミリメートルのfを持つL2レンズを配置します。L2レンズから210ミリメートルのカメラを配置して、画像平面の拡大画像をキャプチャし、画像平面に配置されたピンホールがCCDカメラに焦点を合わせるまでL1レンズとL2レンズを移動します。必要に応じて、コレクターレンズから 200 ミリメートルの位置にあるイメージプレーンにピンホールを配置し、イメージ領域を小さなパターン化された領域に制限します。イメージプレーンの後に 75 ミリメートル 120 ミリメートルの f を持つベルトラン レンズを配置して、画像の角成分のフーリエ変換を作成し、ベルトラン レンズから 75 ミリメートルのカメラを配置します。

銀色の塗料の小さな滴を使用して、サンプルホルダーにマグネトロスプラスモンゴールド- コバルトゴールドフィルムで覆われた市販のDVD格子、サンプルをマウントします。電磁石の極の間にサンプルを置き、サンプルがCCDカメラで焦点が合うまで対物レンズをサンプルに向かって移動します。光学反射率測定を行うために、サンプルの実空間画像を使用して、光スポットをサンプルの反射、パターン化されていないセクションの上に配置し、鏡を反転させて顕微鏡の背面焦点面を視覚化する。

対象の偏光状態に対応する背面焦点面の領域を選択し、横方向の磁気光学偏光に対応する軸に沿った目的のバックフォーカルプレーンの直線断面として対象領域を選択します。[正規化スペクトルを測定]をクリックして、光源のスペクトルを測定します。各波長が1Dのデータセットを生成すると、光源の全スペクトルは、各データポイントが波長と角度の組み合わせを表す2Dテンソルとして保存されます。

サンプルの実空間画像を使用して、目的のフォトニック結晶の上に光源を配置し、背面焦点面に戻り、プラズモンモードが背面焦点面を横切る暗い線として表示されるようにします。同じ対象領域と測定設定を使用して、[反射スペクトルを測定]をクリックして、フォトニック結晶の反射スペクトルを測定します。磁気光学測定を行うためには、良好な磁気光学応答に対応することが知られている角度と波長を用いてヒステリシスループを測定して開始します。

ヒステリシスループを使用して、ループする磁場の範囲を選択します。強磁性サンプルの場合、完全飽和状態から逆飽和状態までフィールドをループし、飽和フィールド上で範囲を快適に拡張します。最後に、定義された各磁場点でサンプルによって反射される強度を測定し、必要に応じて複数のループにわたって繰り返します。

各波長と磁化点は、配列の各点が特定の角度に対応する数値データの1D配列を生成します。光源の強度のスペクトル変動を考慮するために、光源のスペクトルによって得られたスペクトルを正規化する。これにより、ゼロから1までの2D配列が生成され、1つが完全反射に対応し、ゼロが完全に吸収条件に対応します。

データ解析では、サンプルのヒステリシスループを使用して、各測定されたフレームを飽和状態または中間状態のいずれかに割り当て、中間状態の測定された強度を破棄し、各角度および波長データポイントについて別々に飽和強度を差し引きます。この図では、金コバルト-金多層で覆われた市販DVD格子の走査型電子顕微鏡顕微鏡顕微鏡を観察することができる。ここで格子の光及び光磁気スペクトルが観察できる。

線は、方程式1から計算されたプラズモン分散関係を示し、入射放射線がSSPに変換され、オーミックダンピングによって消散した結果、反射率の顕著なディップに対応しています。プラズモン格子の磁気光学スペクトルでは、プラズモン線は表面プラズモンポラリトンで突然反転する磁気光学活性の増加を伴う。この線の形状は、磁化が表面プラズモンポラリトン励起条件をわずかに変化させ、逆磁化状態に対して2つの異なる表面プラズモンポラリトンをもたらすという事実によって説明することができます。

磁気光学効果の大きさが小さいため、最適な信号対雑音比を確保するために、その時点で各波長を測定する場で磁場を印加する必要があります。この設定は、磁性材料の支配的な構造を研究するために、例えば、カー顕微鏡法のために、磁気光学技術の様々なのために使用することができます。バックフォーカルプレーンで回折ビームを観測するために入射光の角広が制限することで、回折における磁気光学効果を研究しました。