Summary
يتيح هيكل الفرقة الضوئية فهم كيفيه نشر الوسائط الكهرومغناطيسية المحصورة داخل البلورة الضوئية. في البلورات الضوئية التي تدمج العناصر المغناطيسية ، تكون هذه الوسائط البصرية المحصورة والرنانة مصحوبة بالنشاط البصري المغناطيسي المحسن والمعدل. ونحن وصف اجراء القياس لاستخراج بنيه الفرقة مغناطيسي البصرية من قبل المجهر الفضائي Fourier.
Abstract
بلورات فوتوسونيك هي النانو الدورية التي يمكن ان تدعم مجموعه متنوعة من الوسائط الكهرومغناطيسية المحصورة. وعاده ما تكون هذه الأوضاع المحصورة مصحوبة بالتعزيز المحلي لكثافة المجال الكهربائي الذي يقوي التفاعلات الخفيفة ، مما يمكن التطبيقات مثل تشتت رامان المحسن للسطح والاستشعار السطحي المحسن. في وجود المواد النشطة مغناطيسيا بصريا ، فان تعزيز المجال المحلي يؤدي إلى النشاط البصري مغناطيسي الشاذة. عاده ، تعتمد الأوضاع المحصورة لبلوره ضوئيه معينه بقوة علي الطول الموجي وزاوية الحدوث للإشعاع الكهرومغناطيسي الحادث. التالي ، فان القياسات الطيفية والمحلولة الزاوي مطلوبه للتعرف عليها بشكل كامل وكذلك لأقامه علاقتها مع النشاط المغناطيسي البصري لبلورتها. في هذه المقالة ، نقوم بوصف كيفيه استخدام المجهر الطائرة (المستوي البؤري الخلفي) لتوصيف العينات النشطة مغناطيسيا بصريا. كنظام نموذجي ، وهنا نستخدم صريف plasmonic بنيت من النشاط المغناطيسي بصريا الاتحاد الافريقي/Co/الاتحاد الافريقي متعدد الطبقات. في التجارب ، ونحن نطبق حقل مغناطيسي علي صريف في الموقع وقياس استجابتها المتبادلة الفضاء ، والحصول علي استجابه مغناطيسيه البصرية من صريف علي مدي مجموعه من الأطوال الموجية وزوايا الحادث. هذه المعلومات تمكننا من بناء خريطة كامله للهيكل الفرقة plasmonic من صريف والزاوية والطول الموجي تعتمد النشاط مغناطيسي البصرية. تسمح لنا هاتان الصورتان بتحديد التاثير الذي يحدثه صدي البلازما علي الاستجابة المغناطيسية البصرية للصريف. ويتطلب الحجم الصغير نسبيا للآثار المغناطيسية البصرية معالجه متانيه للإشارات البصرية المكتسبة. وتحقيقا لهذه الغاية ، وضع بروتوكول لمعالجه الصور للحصول علي الاستجابة المغناطيسية البصرية من البيانات الخام المكتسبة.
Introduction
الوسائط الكهرومغناطيسية المحصورة في بلورات ضوئيه يمكن ان تنشا من مجموعه متنوعة من أصول مختلفه ، مثل الرنات البلازمون سطحي حول المعادن/واجات عازله أو الرنات مي في ارتفاع مؤشر الانكسار عازله النانويه1،2،3، ويمكن ان تصمم لتظهر في الترددات المحددة علي وجه التحديد4،5. وجودها يؤدي إلى العديد من الظواهر الرائعة مثل الفجوات الضوئية الفرقة6،7،8، التعريب الفوتون قويه9، ضوء بطيء10 وديراك المخاريط11. المجهر الطائرة fourier والطيفي هي الاداات الاساسيه لتوصيف النانو الضوئية لأنها تمكن التقاط العديد من الخصائص الاساسيه للأوضاع المحصورة التي تحدث في نفوسهم. في المجهر الفضائي fourier ، علي عكس التقليدية التصوير الطائرة الحقيقية ، وتقدم المعلومات كوظيفة من الإحداثيات الزاوي12،13. ومن المعروف بدلا من ذلك التصوير علي المستوي البؤري الخلفي (BFP) كما يتم تسجيل التحلل الزاوي من الضوء المنبعث من العينة من المستوي البؤري الخلفي للهدف المجهر. ويرتبط الطيف الزاوي ، اي نمط الانبعاثات الميداني البعيد للعينه ، بزخم الضوء المنبعث منه (ħk). وعلي وجه الخصوص ، فانه يمثل الزخم في الطائرة (kx, ky) التوزيع14.
وفي العينات النشطة مغناطيسيا بصريا ، تبين ان وجود المقلدات الضوئية المحصورة يؤدي إلى تعزيز كبير للاستجابة المغناطيسية البصرية15و16و17و18و19. الآثار المغناطيسية البصرية تعتمد علي الهندسة المتبادلة للمجال المغناطيسي والإشعاع الكهرومغناطيسي الحادث. والأكثر شيوعا هو الهندسي المغناطيسي البصري للضوء المستقطب خطيا والتسميات الخاصة بها مبينه في الشكل 1. هنا ، ونحن نظهر الاعداد التي يمكن استخدامها لاستكشاف اثنين من الآثار المغناطيسية البصرية التي لوحظت في التفكير: عرضيه وطوليه مغناطيسي الآثار كير البصرية ، يختصر ، علي التوالي ، كما TMOKE و LMOKE. TMOKE هو تاثير الكثافة ، حيث الانعكاسات من الدول الممغنطة المتعارضة تختلف في حين يظهر LMOKE كدوران لمحور الاستقطاب الضوء المنعكس. ميزت التاثيرات بالاتجاه من المغنطيسية [أين سبيت وف] الاصابه خفيفه, حيث ل [لموكه], المغنطيسية يكون وجهت موازيه إلى ال في طائره عنصر من الموجه متجهة من الضوء بينما ل [تومك] هو عرضيه إلى هو. للضوء الحادث عاده ، كل من المكونات في الطائرة من زخم الضوء فارغه (kx = ky = 0) ، التالي ، كلا الآثار صفر. يمكن تصور التكوينات التي يكون فيها كلا التاثيرين موجودين بسهوله. ومع ذلك ، لتبسيط تحليل البيانات ، في هذه المظاهرة نحن نقتصر علي الحالات التي يكون فيها واحد فقط من الآثار الموجودة ، وهي TMOKE.
يمكن استخدام العديد من التكوينات البصرية لقياس التوزيع الزاوي للضوء المنبعث من البلورات المغنطيسية. علي سبيل المثال ، في kalish et al.20 و borovkova وآخرون21، تم استخدام هذا الاعداد بنجاح في هندسه الإرسال للكشف عن تاثير البلازمون سطحي علي الظواهر المغناطيسية البصرية. وكمثال علي ذلك ، في Kurvits وآخرون22، يتم عرض بعض التشكيلات الممكنة لمجهر يستخدم عدسه الهدف المصحح لامتناهية. في تشكيلتنا ، المبينة في الشكل 2ا، نستخدم عدسه لا متناهية مصححه حيث يتم توجيه الضوء القادم من نقطه معينه في العينة بواسطة العدسة الموضوعية إلى حزم الاذن المتداخلة. في الشكل 2ا، يتم تصوير الحزم الناشئة من الأعلى (الخطوط المتقطعة) والسفلي (الخطوط الصلبة) للعينه. ثم ، يتم استخدام عدسه جمع لأعاده تركيز هذه الحزم لتشكيل صوره في الصورة الطائرة (IP). يتم بعد ذلك وضع عدسه ثانيه ، تعرف أيضا بعدسه برتراند ، بعد الطائرة الصورة لفصل الضوء الوارد في الطائرة البؤرية إلى مكونات الزاوي ، ويصور في الشكل 2ا باللون الأحمر والأزرق والأسود. من هذا المستوي البؤري الخلفي ، يمكن قياس التوزيع الزاوي للضوء المنبعث من العينة باستخدام كاميرا. بشكل فعال ، وعدسه برتراند ينفذ تحويل Fourier علي شعاع الضوء وصوله اليها. ويتوافق توزيع الكثافة المكانية في الوحدة الفضائية مع التوزيع الزاوي للإشعاع الحادث. ويمكن وضع خريطة كامله لانعكاس المساحة المتبادلة للعينه عن طريق إلقاء العينة بالعين بنفس الهدف الذي يستخدم لجمع رد العينة. يتم فصل الاشعه القادمة والخروج الذهاب باستخدام الخائن شعاع. يتم تصوير الاعداد الكامل في الشكل 3ا. للحصول علي طيف ، هناك حاجه إلى مصدر ضوء قابل للتوقد أو أحادي ألوان. ثم يمكن تكرار القياس علي أطوال موجية مختلفه ، مع الأخذ في الاعتبار انه نظرا لطيف مصادر الضوء القياسية ، فان النتائج تحتاج إلى ان تكون طبيعيه لانعكاسيه عينه التحكم. لهذا الغرض ، يمكن للمرء استخدام مراه أو جزء من العينة التي تم تركها عمدا غير منقوشة للسماح لانعكاسيه عاليه. للمساعدة في تحديد المواقع ، ونحن نظهر كيفيه دمج الاعداد مع نظام بصري اضافيه التي تمكن التصوير في الفضاء الحقيقي للعينه ، كما هو مبين في الشكل 2ب.
نحن الآن المضي قدما لإنشاء طريقه لقياس الزاوي المغناطيسي حل الطيف البصرية من الكريستال الضوئي ، وذلك باستخدام كعينه تمثيليه ، صريف DVD مغطاه الاتحاد الافريقي/Co/الاتحاد الافريقي الفيلم حيث وجود الكوبالت المغناطيسية يؤدي إلى النشاط المغناطيسي البصرية كبيره23. التمويج الدوري لل DVD صريف تمكن سطح البلازمون سطحي الاستقطاب (SPP) الرنات في مجموعات الطول الموجي متميزة التي تعطيها
حيث n هو مؤشر الانكسار من البيئة المحيطة بها ، ك0 موجه موجات من الضوء في الفضاء الحر ، θ0 زاوية الوقوع ، د الدورية من صريف و m هو عدد صحيح الاشاره إلى ترتيب SPP. يتم إعطاء متجه الموجه SPP من 
حيث ε1 و ε2 هي الميول المعدنية للطبقة الفلزية وبيئة العازل المحيطة. نظرا لسماكه الذهب/الكوبالت متعدد الطبقات السينمائي ، يمكننا ان نفترض ان SPPs متحمسون فقط علي راس الفيلم متعدد الطبقات.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. تركيب الاعداد
- البصريات
ملاحظه: إنشاء الاعداد كما هو موضح في الشكل 3A علي جدول بصري مع عزل الاهتزاز كافيه. لتجنب الانحرافات كرويه وغيرها ، مركز جميع المكونات البصرية (العدسات والثقوب الخ) فيما يتعلق شعاع. ويرد الترتيب البصري في الشكل 2 مع المسافات بين المكونات المشار اليها.- دليل الضوء من مصدر الضوء الأبيض إلى أحادي اللون للحصول علي شعاع الضوء أحادي. راجع جدول المواد للحصول علي تفاصيل الاعداد المستخدم في هذا العمل. تعيين أحاديه الأحادي إلى الطول الموجي الذي لديه كثافة جيده والرؤية ، علي سبيل المثال ، 550 nm. الطول الموجي من الجزء المرئي من الطيف يجعل من السهل وضع العناصر البصرية.
- باستخدام عدسه اقتران ، زوجين الضوء علي ألياف و collimate انه مع هدف في إنهاء ألياف. استنادا إلى مصدر الضوء المستخدم ، قد يتم حذف هذه الخطوة.
- وضع المستقطب 250 مم من عدسه القولون إلى استقطاب خطي شعاع ووضع شعاع الخائن 100 مم من المستقطب لتوجيه الضوء إلى عدسه المجهر الموضوعي.
ملاحظه: نظرا لشعاع موازي ، والمواقف المشار اليها من المكونات المذكورة أعلاه لا تؤثر علي البصريات من اعداد القياس وتعطي فقط للتوجيه. - ضع العينة علي حامل العينة المجهز بمرحله الترجمة x-y-z ومرحله الاستدارة التي تمكن من تدوير عينه بدرجه 360 حول محور z ، اي محور الضوء الذي يؤثر علي العينة.
- تحميل العدسة الموضوعية في مرحله الترجمة التي تمكن الحركة في ثلاثه اتجاات. الأكثر اهميه من هذه هو المحور z الذي هو مطلوب للتركيز علي العينة.
ملاحظه: تعتمد المعدات المطلوبة للترجمة العينة علي العينات المستخدمة. ويمكن وضع عينات كبيره متجانسة يدويا في حين ان العينات ذات المنطقة الصغيرة المفيدة ستتطلب وضعا أكثر حذرا ، وخاصه عند استخدام الثقب للحد من المنطقة التي لم يتم تحديدها (الخطوة 1.1.7.). ويصور الشكل 2 بصريات الشعاع الناشئة من العينة. لانهاية تصحيح الهدف عدسه يوجه جبات الموجات الناشئة من كل نقطه من العينة في الحزم متداخلة الاذن. - وضع عدسه جامع مع f = 200 ملم (أنبوب عدسه) ، 330 مم من الهدف إلى أعاده تركيز الحزم لتشكيل صوره في الطائرة صوره. نظرا لانتشار الاذن المتداخلة للضوء المنبعث من العينة ، يمكن وضع عدسه التجميع علي اي مسافة من العدسة الموضوعية.
ملاحظه: كما كان من قبل ، الضوء الناشئة من عدسه الهدف هو collimated. ومع ذلك ، يجب وضع عدسه أنبوب بعد الخائن شعاع. - وضع ثقب الدبوس في الطائرة صوره في 200 مم من عدسه جامع للحد من المنطقة التي لم يتم تحديدها إلى منطقه منقوشة. ضع الثقب في وسط الشعاع. في حاله استخدام ثقب الدبوس ، استخدم صوره المساحة الحقيقية للعينه لوضعها. بالنسبة للعينات التي تكون فيها المنطقة المنقوشة أكبر من المنطقة المضيءه بواسطة شعاع الضوء ، فهذا ليس ضروريا.
- وضع عدسه ثانيه مع f = 75 مم (العدسة برتراند) ، 120 مم بعد الطائرة صوره لإنشاء تحويل Fourier من المكونات الزاوي من الصورة. يتم إنشاء التحويل في بؤره العدسة الثانية والذين يعانون من كاميرا sCMOS العلمية التي يتم وضعها 75 مم من عدسه برتراند.
- لقياسات LMOKE فقط ، ادخل المستقطب اضافيه مع زاوية فيما يتعلق المستقطب الأول بين الخائن شعاع وعدسه جامع.
- المغناطيس
- توصيل المغناطيس إلى إمدادات الطاقة وتركيبها بحيث يمكن تطبيق المجال المغناطيسي علي العينة. اختر ما إذا كان الحقل المغناطيسي مطبقا في الاتجاه الطولي أو المتقاطع أو القطبي (الشكل 1).
- اعداد العينات
- تفكيك ميكانيكيا قرص DVD التجارية; في وقت لاحق يمكن تحديد سطح صريف المكشوفة بسهوله بسبب الممتلكات الخاصة به. استخدم شريط لاصق لتقشير الطلاء السابق. تنظيف السطح ، نقع في الايثانول لمده 10 دقيقه. صريف جاهزه الآن للحصول علي طلاء مغناطيسي-plasmonic.
ملاحظه: الاقراص الضوئية التجارية المختلفة مثل بلو راي والأقراص المدمجة ، قد تحتاج إلى بروتوكول اعداد مختلفه. - إيداع الفيلم المعدني علي صريف المكشوفة بواسطة التبخر شعاع الكترون. لضمان انخفاض خشونة ، واستخدام معدلات التبخر أصغر من 5 Å/ثانيه.
- بدءا من 4 نانومتر Cr طبقه لاصقه ، وإيداع بالتناوب طبقات الذهب والكوبالت ، والانتهاء مع طبقه الذهب متوجا لضمان الحماية من الاكسده.
ملاحظه: استخدمنا العدد التالي من الطبقات وسمك: Cr (4 نانومتر)/au (16 نانومتر)/[Co (14 نانومتر)/au (16 نانومتر)] × 4/Co (14 نانومتر)/au (7 نانومتر). - اجراء المجهر البصري أو الكترون (الشكل 4ا) للتحقق من ظروف سطح العينة ، في حاله التجانس والعيوب المنخفضة المضي قدما في القياس.
- تفكيك ميكانيكيا قرص DVD التجارية; في وقت لاحق يمكن تحديد سطح صريف المكشوفة بسهوله بسبب الممتلكات الخاصة به. استخدم شريط لاصق لتقشير الطلاء السابق. تنظيف السطح ، نقع في الايثانول لمده 10 دقيقه. صريف جاهزه الآن للحصول علي طلاء مغناطيسي-plasmonic.
2-إجراءات القياس
- تحديد موضع العينة
ملاحظه: كعينه توضيحيه ، وسوف نقيس صريف DVD مغطاه المغناطيسي الاتحاد الافريقي/Co/الاتحاد الافريقي الفيلم. نظرا لتمويج الدوري من صريف ، يمكن ان يكون متحمس SPPs في زوايا معينه من الاصابه استنادا إلى الطول الموجي الموجه الموجي.- جبل العينة علي حامل العينة باستخدام قطره صغيره من الطلاء الفضي. السماح للطلاء الفضة الجافة لمده 10 دقيقه.
- ادراج مراه الوجه بعد مستوي الصورة لتمكين التصوير الفضائي الحقيقي للعينه. ادراج عدسه L1 مع f = 125 مم بحيث تكون الطائرة الصورة في التركيز ومكان L2 مع f = 250 مم علي مسافة 135 ملم من L1.
- وأخيرا وضع جهاز الاتهام إلى جانب (CCD) كاميرا 210 mm من L2 للتقاط صوره مكبره من الطائرة صوره. نقل العدسات L1 و L2 حتى الثقب وضعت في صوره الطائرة في التركيز الجيد علي كاميرا CCD.
- نقل العدسة الهدف نحو العينة حتى العينة هو في التركيز الجيد في كاميرا CCD.
- قياس الانعكاسية البصري
- باستخدام صوره المساحة الحقيقية للعينه ، ضع بقعه الضوء علي جزء عاكس (غير منقوش) من العينة. الوجه المراه الوجه لرؤية BFP من المجهر.
ملاحظه: هنا ، بالنسبة لل DVD-صريف نستخدم الفيلم المعدني المستمر علي حافه قرص DVD. - حدد منطقه المستوي البؤري الخلفي الذي يتوافق مع حاله الاستقطاب المطلوبة. وترد العلاقة بين الاستقطاب والوضع في المستوي البؤري الخلفي في الشكل 3باء. حدد منطقه الاهتمام (AOI) كمقطع عرضي مستطيل من المستوي البؤري الخلفي الهدف (المستطيل الأزرق في الشكل 3ج) علي طول المحور الذي يتوافق مع الاستقطاب TM.
ملاحظه: في الاداات البرمجية المستخدمة في هذه المخطوطة ، يتم تحقيق ذلك عن طريق تحديد الاداه التي تستخدم محددات المؤشر. البرنامج ثم المتوسطات كثافة علي طول البعد القصير من المستطيل ويعامل الطيف الناتجة كصفيف 1D من البيانات حيث كل نقطه البيانات يتوافق مع زاوية انبعاث مختلفه من العينة. في الحواجز الشبكية plasmonic ، فقط TM الاستقطاب الضوء ، اي الإشعاع EM مع المجال الكهربائي عمودي علي الأخاديد صريف ، يمكن ان تثير صدي البلازمون سطحي. التالي ، اعتمادا علي التوجه صريف ، فمن الضروري لتحديد حاله الاستقطاب الصحيح عن طريق اما اختيار شريحة عموديه أو أفقيه من BFP. - قياس طيف مصدر الضوء عن طريق النقر قياس الطيف التطبيع، والتي سيتم استخدامها في وقت لاحق لتطبيع البيانات انعكاسيه المقاسه. وبما ان كل موجه موجية تعطي مجموعه من نقاط البيانات 1d ، فان الطيف الكامل لمصدر الضوء يتم حفظه باعتباره موتر ثنائي الابعاد حيث تمثل كل نقطه بيانات مزيجا من الطول الموجي والزاوية.
- استخدام مره أخرى صوره الفضاء الحقيقي للعينه ، وضع مصدر الضوء علي الكريستال الضوئي من الفائدة. عند التبديل مره أخرى إلى bfp ، تاكد من ان أوضاع البلازمون سطحي مرئية كخطوط داكنه تعبر المستوي البؤري الخلفي. يتحرك الخطوط بما ان الطول موجي من الحادث ضوء يكون عدلت.
- باستخدام نفس الإعدادات AOI والقياس (اي مرات التعرض ، وعدد من المتوسطات) ، وقياس الطيف انعكاس الكريستال الضوئي بالنقر قياس الطيف انعكاس.
- لحساب التباين الطيفي في كثافة مصدر الضوء ، تطبيع الطيف الذي تم الحصول عليه من قبل طيف مصدر الضوء. وهذا سوف تسفر عن صفيف 2D من الأرقام من 0 إلى 1 حيث 1 يتوافق مع العاكسة تماما و 0 لظروف الاستيعاب بشكل كامل.
- باستخدام صوره المساحة الحقيقية للعينه ، ضع بقعه الضوء علي جزء عاكس (غير منقوش) من العينة. الوجه المراه الوجه لرؤية BFP من المجهر.
- المغناطيسي--قياس البصرية
- بدء القياس المغناطيسي البصري عن طريق قياس حلقه الهستيريا باستخدام زاوية والطول الموجي التي هي معروفه لتتوافق مع استجابه مغناطيسيه-بصريه جيده ، وعاده ما يمكن العثور علي هذه الشروط بالقرب من المقلدة SPP. للقيام بذلك ، اختر AOI صغيره بالقرب من المقلدة SPP وقياس حلقه واحده.
ملاحظه: تحليل البيانات اللازمة لقياس النشاط مغناطيسي بصري يعتمد علي نوع المغناطيسية التي المعروضات عينه. هنا ، ونحن نفترض استجابه المغناطيسية وعلاج النتائج وفقا لذلك. الاستجابة الاساسيه الخطية هي أساسا للمجال المغناطيسي التطبيقي ويمكن قياسها كتغيير في الخصائص البصرية لكل وحده ميدانيه مغناطيسيه تطبيقية. وتظهر المواد المغنطيسية غير الخطية التي تتطلب اعتبارا إضافيا عند تحديد الاستجابة المغناطيسية البصرية (انظر الشكل 3د). ويعرف TMOKE بأنه تغيير في كثافة تنعكس كوظيفة من المجال المغناطيسي التطبيقية
، اي ، حيث انا (m) هو كثافة تنعكس من قبل العينة في حاله المغناطيسية m. - باستخدام حلقه الهستيريا تقاس في 2-3-1. ، اختر نطاق المجالات المغناطيسية للحلقة. للعينات المغناطيسية ، حلقه الحقول من حاله مشبعه تماما إلى حاله مشبعه معاكس ، وتوسيع نطاق مريح علي مدي التشبع المجال. وفي وقت لاحق ، استخدم النقاط المقيسة في الحالة المشبعة لتحليل وأزاله اي من المساهمات التي يمكن التحقق منها بواسطة مساهمتها الخطية.
- وأخيرا ، قياس كثافة تنعكس من قبل العينة في كل نقطه المجال المغناطيسي المحددة ، وتكرار أكثر من حلقات متعددة إذا رغبت في ذلك. كل الطول الموجي ونقطه المغناطيسي تسفر عن صفيف 1D واحد من البيانات العددية (اي قياس كثافة الضوء) حيث كل نقطه من الصفيف يتوافق مع زاوية معينه.
- بدء القياس المغناطيسي البصري عن طريق قياس حلقه الهستيريا باستخدام زاوية والطول الموجي التي هي معروفه لتتوافق مع استجابه مغناطيسيه-بصريه جيده ، وعاده ما يمكن العثور علي هذه الشروط بالقرب من المقلدة SPP. للقيام بذلك ، اختر AOI صغيره بالقرب من المقلدة SPP وقياس حلقه واحده.
، اي ، حيث انا (m) هو كثافة تنعكس من قبل العينة في حاله المغناطيسية m.3-تحليل البيانات
- باستخدام حلقه الهستيريا من العينة تقاس في الخطوة 2-3-1 ، تعيين كل اطار تقاس في الخطوة 2.3.3. إلى اي من الدول المشبعة أو إلى الدولة الوسيطة (الشكل 3ج).
- تخلص من الإطارات الوسيطة واحسب النشاط المغناطيسي البصري
من الكثافة المقاسه ، حيث يتم تنفيذ العمليات بشكل منفصل لكل نقطه بيانات الزاوي والطول الموجي.
ملاحظه: كما يتم التعبير عن TMOKE كتغيير كثافة نسبي ، لا يجب ان يتم تطبيع النتائج إلى طيف المصباح. - إذا كانت العينة تقدم النشاط المغناطيسي الكبير (أو أكثر نادرا ، المغناطيسية) التي تحتاج إلى طرح للمقارنة موثوقه بين الدول المغناطيسية المشبعة ، اطرح المساهمة الخطية الناشئة عن النشاط المغنطيسي الشبه أو المغنطيسية عن طريق تركيب خط (مره أخرى ، بكسل بشكل منفصل لكل زاوية ونقطه الطول الموجي) علي نقاط تقاس في التشبع وأزاله مساهمه خطيه.
من الكثافة المقاسه ، حيث يتم تنفيذ العمليات بشكل منفصل لكل نقطه بيانات الزاوي والطول الموجي.Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
يظهر الشكل 4ا المجهر الكترون المسح الضوئي (SEM) ميكروغراف من التجارية DVD صريف مغطاه الاتحاد الافريقي/Co/au متعدد الطبقات التي تم استخدامها نموذج مظاهره في تجاربنا. وتظهر أطيافه البصرية والمغناطيسية البصرية في الشكل 4باء ، جيم علي التوالي. وترد تفاصيل عن تلفيق العينات في مكان آخر23. خطوط سوداء في الشكل 4ا ، ب إظهار العلاقات تشتت البلازمون سطحي محسوبة من المعادلة 1. يتم أخذ الحساسية من الاتحاد الافريقي/Co/الاتحاد الافريقي متعدد الطبقات من ملف البيانات التكميلية 1 في Cichelero et al.24 حيث تم قياس متعددة الطبقات مماثله باستخدام الاهليمتري الطيفية. ومن المفترض ان تكون دوريه صريف 740 نانومتر. وتتوافق خطوط التشتت المحسوبة مع التراجع الواضح في انعكاسيه في الشكل 4(ا ) الذي ينتج من الإشعاع الحادث الذي يتم تحويله إلى spps وتبدد عن طريق التخميد اوميه.
العلاقة بين مواقف بكسل في المستوي البؤري الخلفي (الشكل 3ج) وزاوية الانبعاثات يمكن ان تنشا علي النحو التالي: الحد الأقصى للزاوية θmax الذي يمكن ان يقبل الهدف الضوء بواسطة صيغه ويعتمد علي الفتحة العددية NA = 0.8 ومؤشر الانكسار من الوسط المحيطة (الهواء ، n = 1). هذه هي الزاوية التي تتوافق مع الحدود القصوى للمنطقة مضيئه من الطائرة Fourier. ويمكن تعيين بكسل بينهما عددا بطريقه خطيه من –na إلى +na التي تعكس الفتحة العددية في موقفهم ومن ثم يتم إعطاء زاوية المقابلة من قبل الجيب المعكوس لهذا العدد (مقسوما علي n إذا لزم الأمر).
ويصور الشكل 4(ج ) الطيف المغناطيسي البصري لصريف plasmonic. هنا ، ويرافق خطوط البلازمون سطحي من خلال زيادة في النشاط المغناطيسي البصرية التي تعكس فجاه في SPP. الشكل خط يستطيع كنت فسرت بالحقيقة ان المغنطيسية يغير قليلا ال [سب] أثاره شروط, لذلك ينتج في اثنان [سببس] مختلفه لعكس [مغوثايشن] دول. عندما يتم طرح الانعكاسات من الدولتين النازحتين قليلا من بعضها البعض ، يتم الحصول علي شكل خط الاشتقاق المميز15،16،17. [بلمون] [لينترينسس] من ال [بلمون] رنات [اس ول س] ال ينتج [ماجنيتو-لتينغ] أطياف يعتمدون بقوة علي المادة معلمات من المعدنه متعدد الطبقات25,26.
نلاحظ انه نظرا لهندسه صريف ، يتم توجيه المحور المغناطيسي سهله علي طول صريف نفسها وهناك حاجه إلى المجالات المغناطيسية كبيره جدا لتشبع بها من هذه الطائرة ، لهذا السبب القياسات LMOKE ليست ممكنة مع هذه العينة معينه.
الشكل 1: هندسي مختلفه حيث يمكن ملاحظه التاثيرات المغناطيسية البصرية.
القطبية (A) ، طوليه (ب) وعرضيه (ج) المغناطيسية البصرية كير الآثار لوحظت في التفكير في حين فاراداي (D) و voigt (ه) تحدث الآثار في الإرسال من خلال الوسيطة الممغنطة. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: الاعداد البصري.
(ا) تصوير تخطيطي لانتشار الضوء في الاعداد المجهري للطائرة fourier. يتم فصل المكونات الزاوي المميزة (التي تم تصويرها بالاشعه الحمراء والسوداء والزرقاء) مكانيا عند المستوي البؤري الخلفي. (ب) التصوير التخطيطي لانتشار الضوء في المجهر الفضائي الحقيقي. العدسات L1 و L2 تشكل تلسكوبا الصور في الصورة الطائرة إلى الكاميرا. يتم تمييز المسافات بين المكونات الموجودة علي الجدول البصري أسفل كل اعداد. تشير الأرقام الحمراء إلى ان المسافة ضرورية لتكوين الصورة. المسافات بالملليمتر. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3: المجهر والقياسات الفضائية Fourier.
(ا) مكونات مجهر الفضاء fourier. (ب) التصوير التخطيطي لدول الاستقطاب للضوء الذي يركز عليه الهدف. الحادث خطيا (علي طول الاتجاه x) الاستقطاب الضوء علي العينة كما علي حد سواء TE-و TM-الاستقطاب اعتمادا علي جزء من الهدف حيث يتكون شعاع. (ج) كثافة في المستوي البؤري الخلفي من المجهر في λ = 600 نانومتر عند قياس صريف DVD. وتشير الخطوط الاستيعابية السوداء إلى الرنات SPP المرئية أيضا في الشكل 4ب ، ج. ويمكن اختيار AOI كما المستطيل الأزرق لقياس استجابه للضوء TM الاستقطاب أو الأحمر ل TE-الاستقطاب. (د) حلقه هستيرية تخطيطيه لماده مغناطيسيه مغنطيسية تبين الاستجابة غير الخطية النموذجية للمجالات المغنطيسية التطبيقية. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4: القياسات علي عينه صريف DVD.
(ا) سيم ميكروغراف من صريف DVD تجاريه مغطاه الاتحاد الافريقي/Co/الاتحاد الافريقي متعدد الطبقات. الزاوي حل انعكاسيه (ب) والمغناطيسية-خريطة النشاط البصرية (C) من صريف DVD مع دوريه 740 نانومتر. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
وقد أدخلنا اعداد القياس وبروتوكول للحصول علي حل الزاوي الأطياف البصرية مغناطيسيه من البلورات البصرية. وعلي وجه الخصوص ، وضعت حاله المواد المغنطيسية المغناطيسية ، التي تتطلب تحليلا إضافيا للبيانات لمراعاه نفاذيه المواد غير الخطية. ويقدم التحليل الزاوي المغناطيسي-البصري الطيفي ميزه اضافيه علي الطرق غير الزاوي المحلولة التي يمكن تحديد الأوضاع المحصورة فيها بسهوله أكبر لأنها تظهر كنطاقات محدده بوضوح في الأطياف البصرية والمغناطيسية البصرية. النهج الذي نعرضه هنا يمكن تطويعه بسهوله لأنواع مختلفه من البلورات الضوئية ولا يقتصر علي صدي البلازما السطحية.
سيكون التعديل الأكثر شيوعا لهذه التقنية هو التكيف لقياس اثار كير الطولية و/أو القطبية ، التي تظهر بأنها دوران الاستقطاب بدلا من تاثيرات الكثافة. لقياس دوران الاستقطاب ، يجب وضع مستقطب إضافي بين الفاصل الموجي وعدسه التجميع لجعل الكثافة المكتشفة في الكاميرا متناسبة مع دوران الاستقطاب. وينبغي وضع هذا الاستقطاب في زاوية 45 درجه مع الاستقطاب من الحادث ضوء علي العينة لتعظيم اشاره مغناطيسي-البصرية27.
وتشمل المزالق الشائعة في تقنيه القياس التركيب غير الصحيح للعينه بحيث يمكن نقلها عند تطبيق حقل مغناطيسي. وهذا يمكن ان تتفاقم باستخدام المعادن المغناطيسية مثل الحديد في حامل العينة. حتى كميات صغيره من المعادن المغناطيسية مثل مسامير صغيره يمكن ان يؤدي إلى الحركات التي تخفي تاثير مغناطيسي البصرية تماما. نتائج نموذج متحركة عاده في حلقه الهستيريا "تشبه الموز" غير صحيحه. ولذلك ، يجب ان تؤخذ الرعاية المناسبة في تركيب العينة والتاكد من انها راسخة في مكان قبل القياسات. لتاكيد التركيب السليم للعينه ، فمن المستحسن لقياس حلقات الهستيريا باستخدام مزيج الطول الموجي/زاوية الذي يعرف ان يؤدي إلى اشاره جيده وتاكيد ان شكله كما هو متوقع وان اي التحف من حركه عينه أو غيرها من الانحرافات غير موجودة.
كما يتطلب قياس حلقه الهستيريا حلقات عبر مجموعه من المجالات المغناطيسية التطبيقية ، يستغرق القياس بعض الوقت. إذا كان مستوي كثافة المصدر ليست مستقره علي مر الزمن ، ينبغي ان يحلق المجال المغناطيسي بسرعة لتجنب الانجراف السلطة التي تؤثر علي حلقات الهستيريا المقاسه. عاده ، مستويات الطاقة المصدر الانجراف ببطء أكثر من حلقه الرحم يمكن قياسها ، مما يجعل من الممكن لقياس التباين TMOKE حتى في ظل هذه الظروف. إذا كانت الاشاره صاخبه وهناك حاجه إلى المتوسط ، ويمكن تحقيق المتوسط عن طريق زيادة عدد الحلقات تقاس بدلا من عدد من الإطارات في كل نقطه المجال المغناطيسي.
تعتمد هذه التقنية علي تطبيق المجال المغناطيسي في الموقع. في حين ان المواد المغنطيسية المغناطيسية عاده ما تحافظ علي حاله المغناطيسية في غياب المجالات المغناطيسية التطبيقية ، وذلك بسبب الحجم الصغير للآثار المغناطيسية البصرية ، وأزاله العينة للتلاعب بنتائج المغناطيسية في الفشل بسبب صعوبة أعاده ادراج العينة في نفس الموضع تماما كما كان قبل انعكاس المغناطيسية.
تعتمد الطريقة التي قدمناها هنا علي معدات الكشف الحساسة ومصادر الضوء المستقرة. في القياسية مغناطيسي-الطيفية كير البصرية في التكوين الطولية أو القطبية كير ، وغالبا ما يستخدم المغير فوتومطاط لتعزيز نسبه الاشاره إلى الضوضاء وفصل التناوب ومكونات الاهليليجيه من بعضها البعض27،28. ومع ذلك ، فان تردد التحوير من المغير المرنة هو عاده أكثر من 50 كيلو هرتز مما يجعل من الصعب جدا للاستخدام مع كاميرا المجهر. ولذلك ، للحصول علي أفضل نسبه اشاره إلى الضوضاء الممكنة للفضاء Fourier مغناطيسي-المجهر البصري ، فمن الضروري للاستثمار في الكاميرات ومصادر الضوء مع الاستقرار جيده.
في القياسات المغناطيسية والبصرية الطولية والقطبية ، يتم تقليل شده الحادث الضوئي علي الكاميرا بشكل كبير بسبب الاستقطاب عبر وضعها قبل ذلك ، مما يضع متطلبات اضافيه علي معدات الكاميرا اللازمة للكشف عن أضعف بكثير اشاره.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
وليس لدي المؤلفين ما يفصحون عنه.
Acknowledgments
ونحن نعترف بالدعم المالي المقدم من الوزارة الاسبانيه للاقتصاد والمنافسة من خلال مشاريع MAT2017-85232 (ايي/FEDER, UE) ، سيفيرو ، اوتشوا (سيف-2015-0496) والجنرال دي كاتالونيا (2017 ، SGR 1377) ، من قبل CNPq-البرازيل ، والمفوضية الاوروبيه (ماري Skłodowska-كوري إذا التركيز-DLV-748429).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Beam splitter | Thorlabs | BSW27 | |
| Bertrand lens | Thorlabs | LA1608 | f = 75 mm |
| CCD Camera | Thorlabs | 1500M-GE-TE | Camera for real space imaging |
| Collecting lens | Thorlabs | ITL200 | f = 200 mm |
| Collimating lens | Zeiss | 420640-9800 | Magnification 10x NA 0.3 |
| Flip mirror | Thorlabs | CCM1-P01/M | |
| Flip mirror mount | Thorlabs | FM90/M | |
| L1-lens | Thorlabs | LA1986 | f = 125 mm |
| L2-lens | Thorlabs | LA1461 | f = 250 mm |
| Objective lens | Nikon | MUE10500 | Magnification 50x NA 0.8 |
| Pinhole | Thorlabs | ID8/M | |
| Polarizer | Thorlabs | GTH10M | For LMOKE measurements, two polarizers are needed |
| sCMOS camera | Andor | ZYLA-4.2P-USB3 |
References
- Bayer, M., et al. Optical Modes in Photonic Molecules. Physical Review Letters. 81 (12), 2582-2585 (1998).
- Blanco, A., et al. Large-scale synthesis of a silicon photonic crystal with a complete three-dimensional bandgap near 1.5 micrometres. Nature. 405 (6785), 437 (2000).
- Rybin, M. V., et al. High-Q Supercavity Modes in Subwavelength Dielectric Resonators. Physical Review Letters. 119 (24), 243901 (2017).
- Joannopoulos, J. D., Villeneuve, P. R., Fan, S. Photonic crystals. Solid State Communications. 102 (2), 165-173 (1997).
- Englund, D., Fushman, I., Vuckovic, J. General recipe for designing photonic crystal cavities. Optics Express. 13 (16), 5961-5975 (2005).
- Yablonovitch, E. Inhibited Spontaneous Emission in Solid-State Physics and Electronics. Physical Review Letters. 58 (20), 2059-2062 (1987).
- Yablonovitch, E. Photonic band-gap structures. JOSA B. 10 (2), 283-295 (1993).
- Noda, S., Tomoda, K., Yamamoto, N., Chutinan, A. Full Three-Dimensional Photonic Bandgap Crystals at Near-Infrared Wavelengths. Science. 289 (5479), 604-606 (2000).
- John, S. Strong localization of photons in certain disordered dielectric superlattices. Physical Review Letters. 58 (23), 2486-2489 (1987).
- Krauss, T. F. Slow light in photonic crystal waveguides. Journal of Physics D: Applied Physics. 40 (9), 2666-2670 (2007).
- Huang, X., Lai, Y., Hang, Z. H., Zheng, H., Chan, C. T. Dirac cones induced by accidental degeneracy in photonic crystals and zero-refractive-index materials. Nature Materials. 10 (8), 582-586 (2011).
- Wagner, R., Heerklotz, L., Kortenbruck, N., Cichos, F. Back focal plane imaging spectroscopy of photonic crystals. Applied Physics Letters. 101 (8), 081904 (2012).
- Zhang, D., et al. Back focal plane imaging of directional emission from dye molecules coupled to one-dimensional photonic crystals. Nanotechnology. 25 (14), 145202 (2014).
- Vasista, A. B., Sharma, D. K., Kumar, G. V. P. Fourier Plane Optical Microscopy and Spectroscopy. Digital Encyclopedia of Applied Physics. , 1-14 (2019).
- Belotelov, V. I., Doskolovich, L. L., Zvezdin, A. K. Extraordinary Magneto-Optical Effects and Transmission through Metal-Dielectric Plasmonic Systems. Physical Review Letters. 98 (7), 077401 (2007).
- Belotelov, V. I., et al. Enhanced magneto-optical effects in magnetoplasmonic crystals. Nature Nanotechnology. 6 (6), 370 (2011).
- Chetvertukhin, A. V., et al. Magneto-optical Kerr effect enhancement at the Wood's anomaly in magnetoplasmonic crystals. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 324 (21), 3516-3518 (2012).
- Kataja, M., et al. Surface lattice resonances and magneto-optical response in magnetic nanoparticle arrays. Nature Communications. 6, 7072 (2015).
- Kataja, M., et al. Hybrid plasmonic lattices with tunable magneto-optical activity. Optics Express. 24 (4), 3652-3662 (2016).
- Kalish, A. N., et al. Magnetoplasmonic quasicrystals: an approach for multiband magneto-optical response. Optica. 5 (5), 617-623 (2018).
- Borovkova, O. V., et al. TMOKE as efficient tool for the magneto-optic analysis of ultra-thin magnetic films. Applied Physics Letters. 112 (6), 063101 (2018).
- Kurvits, J. A., Jiang, M., Zia, R. Comparative analysis of imaging configurations and objectives for Fourier microscopy. JOSA A. 32 (11), 2082-2092 (2015).
- Cichelero, R., Oskuei, M. A., Kataja, M., Hamidi, S. M., Herranz, G. Unexpected large transverse magneto-optic Kerr effect at quasi-normal incidence in magnetoplasmonic crystals. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 476, 54-58 (2019).
- Cichelero, R., Kataja, M., Campoy-Quiles, M., Herranz, G. Non-reciprocal diffraction in magnetoplasmonic gratings. Optics Express. 26 (26), 34842-34852 (2018).
- Melo, L. G. C., Santos, A. D., Alvarez-Prado, L. M., Souche, Y. Optimization of the TMOKE response using the ATR configuration. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 310 (2, Part 3), e947-e949 (2007).
- Regatos, D., Sepúlveda, B., Fariña, D., Carrascosa, L. G., Lechuga, L. M. Suitable combination of noble/ferromagnetic metal multilayers for enhanced magneto-plasmonic biosensing. Optics Express. 19 (9), 8336-8346 (2011).
- Polisetty, S., et al. Optimization of magneto-optical Kerr setup: Analyzing experimental assemblies using Jones matrix formalism. Review of Scientific Instruments. 79 (5), 055107 (2008).
- Sato, K. Measurement of Magneto-Optical Kerr Effect Using Piezo-Birefringent Modulator. Japanese Journal of Applied Physics. 20 (12), 2403 (1981).
