RU158802U1 - Плазмонный магнитофотонный кристалл - Google Patents

Abstract

Плазмонный магнитофотонный кристалл, содержащий диэлектрическое зеркало Брэгга, нанесенное на подложку из плавленого кварца, состоящее из N пар чередующихся диэлектрических слоев с большим и малым показателями преломления, двухслойную пленку висмут-замещенного железо-иттриевого граната, помещенную на диэлектрическое зеркало Брэгга, отличающийся тем, что дополнительно содержит наночастицы золота размером от 20 до 80 нм, расположенные между слоями висмут-замещенного железо-иттриевого граната, зеркало, выполненное в виде пленки золота толщиной от 40 до 100 нм, расположенное на поверхности двухслойной пленки висмут-замещенного железо-иттриевого граната.

Description

Техническое решение относится к области приборостроения и может быть использовано для управления когерентными потоками света в устройствах оптоэлектроники и нанофотоники в системах отображения, хранения и передачи информации, при создании датчиков технического и медико-биологического применения.

Известна наноструктура, содержащая нанесенную на кварцевую подложку пленку висмут-замещенного железо-иттриевого граната Bi: YIG с расположенными на ее поверхности наночастицами золота, на которых при прохождении через наноструктуру света на длине волны λ_R возникает локализованный поверхностный плазмонный резонанс, что приводит к увеличению угла фарадеевского вращения кристалла по сравнению с чистой (т.е. без наночастиц золота) пленкой Bi: YIG [R. Fujikawa, A.V. Baryshev, J. Kim, H. Uchida, and M. Inoue. Contribution of the surface plasmon resonance to optical and magneto-optical properties of a Bi: YIG-Au nanostracture. Journal of Applied Physics, 103, 07D301. 2008].

Недостатками устройства на основе такой наноструктуры являются невысокие значения коэффициента усиления эффекта Фарадея и угла фарадеевского вращения.

Известен магнитофотонный кристалл [патент РФ №150129, опубл. 27.01.2015, Бюл. №3], изготовленный на основе двухслойной магнитооптической пленки, состоящей из слоя висмут-замещенного железо-иттриевого граната Bi_1,0Y_2,0Fe₅O₁₂ и нанесенного на него слоя железо-висмутового граната Bi₃Fe₅O₁₂ и размещенной в оптическом резонаторе, выполненном в виде двух зеркал Брэгга из чередующихся слоев с большим и малым показателями преломления.

Недостатками устройства на основе такой наноструктуры являются относительно невысокие значения коэффициента усиления эффекта Фарадея и угла фарадеевского вращения.

Задачей полезной модели является разработка плазмонного магнитофотонного кристалла, обеспечивающего повышение коэффициента усиления эффекта Фарадея и удельного фарадеевского вращения благодаря наложению двух резонансов - локализованного поверхностного плазмонного резонанса на наночастицах золота и оптического резонанса на оптических Таммовских состояниях (ОТС)

Сущность заявляемой полезной модели характеризуется тем, плазмонный магнитофотонный кристалл, содержащий диэлектрическое зеркало Брэгга, нанесенное на подложку из плавленого кварца, состоящее из N пар чередующихся диэлектрических слоев с большим и малым показателями преломления, двухслойную пленку висмут-замещенного железо-иттриевого граната, помещенную на диэлектрическое зеркало Брэгга, дополнительно содержит наночастицы золота размером от 20 до 80 нм, расположенные между слоями висмут-замещенного железо-иттриевого граната, зеркало, выполненное в виде пленки золота толщиной от 40 до 100 нм, расположенное на поверхности двухслойной пленки висмут-замещенного железо-иттриевого граната.

Отличительными признаками технического решения являются расположение между слоями висмут-замещенного железо-иттриевого граната наночастиц золота размером от 20 до 80 нм и наличие зеркала, выполненного в вид пленки золота толщиной от 40 до 100 нм, расположенного на верхнем слое висмут-замещенного железо-иттриевого граната.

Совокупность признаков обеспечивает повышение коэффициента усиления эффекта Фарадея и удельного фарадеевского вращения, благодаря наложению эффектов локализованного поверхностного плазмонного резонанса на наночастицах золота, расположенных между слоями висмут-замещенного железо-иттриевого граната, и резонанса на оптических Таммовских состояниях, возникающих на поверхности пленки золота со стороны границы раздела двухслойная пленка висмут-замещенного железо-иттриевого граната - пленка золота, что позволяет получить на резонансной длине волны более высокие, чем в прототипе, значения коэффициента усиления эффекта Фарадея и, соответственно, удельного фарадеевского вращения.

На фиг. 1 приведено схематическое изображение плазмонного магнитофотонного кристалла.

На фиг. 2-4 и 5-7 представлены, соответственно, спектральные зависимости коэффициента пропускания K_t и фарадеевского вращения Θ_FR для структур плазмонного магнитофотонного кристалла с разным количеством пар слоев N в зеркале Брэгга (N=2, 4 и 7) при разных значениях толщины зеркала, выполненного в виде пленки из золота. Нумерация кривых от 0 до 10 соответствует толщинам зеркала, выполненного в виде пленки из золота от 0 до 100 нм с шагом 10 нм.

На фиг. 8, 9 представлено распределение электрического поля Е внутри структуры заявляемого плазмонного магнитофотонного кристалла (TiO₂/SiO₂)⁴/M1/Au_Np/M2/Au для случая N=4 при падении света на структуру со стороны слоя золота и со стороны подложки, соответственно. Здесь Au_NP - обозначение наночастиц золота. Направление падения света указано стрелкой. Нижняя кривая на фиг. 9 построена для случая отсутствия зеркала, выполненного в виде пленки из золота.

Плазмонный магнитофотонный кристалл (фиг. 1) изготовлен на кварцевой подложке 1 и содержит диэлектрическое зеркало Брэгга 2, выполненное из N пар чередующихся четвертьволновых (λ_R/4) слоев с высоким n_B (TiO₂) 3 и низким n_H (SiO₂) 4 показателями преломления, и зеркало 5 толщиной h, выполненное в виде пленки из золота. Здесь λ_R - длина волны, соответствующая середине фотонной запрещенной зоны зеркала Брэгга. Между зеркалами размещена двухслойная пленка висмут-замещенного железо-иттриевого граната, состоящая из слоя M1 с низким содержанием висмута 6 и слоя М2 с высоким содержанием висмута 7. Между слоями M1 и М2 расположены наночастицы золота 8.

Плазмонный магнитофотонный кристалл работает следующим образом. Кристалл помещается во внешнее магнитное поле H, направленное по нормали к его поверхности и превышающее поле насыщения двухслойной пленки висмут-замещенного железо-иттриевого граната с наночастицами золота. На кристалл направляется поток линейно поляризованного излучения оптического диапазона с длиной волны λ_R. В результате взаимодействия излучения с наночастицами золота на границе раздела пленка висмут-замещенного железо-иттриевого граната - наночастицы золота на длине волны λ_R происходит возбуждение локализованных поверхностных плазмонов, что сопровождается резонансным усилением фарадеевского вращения. На границе раздела двухслойная пленка висмут-замещенного железо-иттриевого граната - пленка золота на этой же длине волны λ_R возникает резонанс на оптических таммовских состояниях. Наложение двух резонансов приводит к многократному усилению фарадеевского вращения в кристалле на длине волны λ_R. При этом, на спектральных зависимостях коэффициента пропускания и фарадеевского вращения на длине волны λ_R наблюдаются резонансные пики пропускания и фарадеевского вращения (фиг. 2 - фиг. 7).

В заявляемом плазмонном магнитофотонном кристалле в качестве магнитооптических пленок используются двухслойные пленки висмут-замещенного железо-иттриевого граната, наносимые на негранатовые подложки. Использование двухслойных пленок при создании магнитофотонных кристаллов позволяет получать высокие значения удельного фарадеевского вращения в таких структурах [патент РФ №150129, опубл. 27.01.2015, Бюл. №3].

Эффективность работы зеркала Брэгга определяется оптическим контрастом - разностью показателей преломления слоев зеркала: чем она выше, тем эффективнее работает зеркало. На практике высокого коэффициента отражения добиваются путем применения многослойных покрытий с чередующимися высоким (n_B) и низким (n_H) показателями преломления. Такие многослойные диэлектрические покрытия дают высокую отражательную способность в некоторой области длин волн оптического диапазона вблизи значения λ_R - длина волны, соответствующая середине фотонной запрещенной зоны структуры (оптический диапазон длин волн, в котором коэффициент пропускания многослойной структуры минимален). Если оптическая толщина всех слоев одинакова и равна λ_R/4, то отраженные их границами волны находятся в одинаковой фазе и в результате интерференции усиливают друг друга.

Ниже представлены результаты моделирования структуры заявляемого плазмонного магнитофотонного кристалла, а также примеры его конкретного исполнения с указанием возможных составов и толщин пленок ферритов-гранатов и слоев зеркала Брэгга, толщины зеркала, выполненного в виде пленки из золота. В примерах слой диэлектрика зеркала Брэгга с высоким показателем преломления обозначен как L1, с низким - L2. Пленка висмут-замещенного железо-иттриевого граната с низким содержанием Bi обозначена как M1, с высоким содержанием Bi как М2. Толщина пленки золота для формирования наночастиц золота во всех случаях полагалась равной 5 нм, при этом из пленки такой толщины формируются наночастицы золота размером от 20 до 80 нм. Кроме того, на примере использования конкретных материалов представлен процесс создания и измерения свойств заявляемого кристалла.

Существование локального поверхностного плазмонного резонанса на длине волны λ_R≈620 нм на наночастицах золота размером от 20 до 80 нм, полученных отжигом пленки золота толщиной 5 нм, известно из работы [R. Fujikawa, А.V. Baryshev, J. Kim, Н. Uchida, and M. Inoue, Contribution of the surface plasmon resonance to optical and magneto-optical properties of a Bi: YIG-Au nanostructure, Journal of Applied Physics 103, 07D301 (2008)]. Поэтому, целью моделирования структуры заявляемого плазмонного магнитофотонного кристалла с наночастицами золота между магнитооптическими слоями M1 и М2, было определение параметров слоев зеркала Брэгга, слоев M1 и М2, а также зеркала, выполненного в виде пленки из золота, при которых резонанс на ОТС реализуется на длине волны λ_R≈620 нм.

Параметры структуры, при которых ОТС возникают на длине волны λ_R≈620 нм, определены численным решением уравнений Максвелла методом матриц распространения 4×4. Полагалось, что на структуру падает ТМ поляризованный свет. Для решения использованы тензоры диэлектрической проницаемости составляющих структуру слоев. Для магнитных слоев - антисимметричный тензор с недиагональной мнимой компонентой. Компоненты тензора диэлектрической проницаемости определены, используя экспериментальные данные по показателю преломления n, коэффициенту затухания k, удельному фарадеевскому вращению Θ_F и магнитному кругового дихроизму Δα из работ [Microcavity One-Dimensional Magnetophotonic Crystals with Double Layer Bi-Substituted Iron Garnet Films: Optical and Magneto-Optical Responses in Transmission and Reflection / Vladimir N. Berzhansky, Tatyana V. Mikhailova, Andrey V. Karavainikov, Anatoly R. Prokopov, Alexander N. Shaposhnikov, Yuriy M. Kharchenko, Irene M. Lukienko, Olga V. Miloslavskaya, Mykola F. Kharchenko, Vladimir I. Belotelov and Vladimir O. Golub // Solid State Phenomena. - 2015. - Vol. 230. - P. 241.; Magneto-optics of nanoscale Bi:YIG films / V. Berzhansky, T. Mikhailova, A. Shaposhnikov, A. Prokopov, A. Karavainikov, V. Kotov, D. Balabanov, and V. Burkov // Appl. Opt. - 2013. - Vol. 52. - P. 6599-6606.]. Диэлектрическая проницаемость золота взята из [Robert L. Olmon, Brian Slovick, Timothy W. Johnson, David Shelton, Sang-Hyun Oh, Glenn D. Boreman, and Markus B. Raschke, Optical dielectric function of gold PHYSICAL REVIEW В 86, 235147 (2012)]. Эффективность структуры определена с помощью параметра магнитооптической добротности:

Q=2·|Θ_F|/α [°]

где Θ_F - удельное фарадеевское вращение;

- коэффициент поглощения;

K_t - коэффициент пропускания;

h_М - суммарная толщина магнитооптических слоев.

В расчете использованы следующие параметры слоев:

TiO₂: толщина 67 нм, диэлектрическая проницаемость 5,354; показатель преломления 2,314, оптическая толщина (λ_R/4), λ_R - середина фотонной запрещенной зоны немагнитной структуры (TiO₂/SiO₂)¹⁴, совпадающая с резонансной длиной волны наночастиц золота λ_R≈620 нм.

SiO₂: толщина 106,4 нм, диэлектрическая проницаемость 2,123; показатель преломления 1,457, оптическая толщина (λ_R/4).

M1: состав Bi_1,0Y_0,5Gd_1,5Fe_4,2Al_0,8O₁₂, толщина 59 нм, диэлектрическая проницаемость - диагональная компонента ε_xx=6,843+0,094∗i, недиагональная компонента ε_xy=8,224∗10^-3-1,864∗10^-3∗i; показатель преломления 2,616.

М2: состав Bi_2,8Y_0,2Fe₅O₁₂, толщина 80 нм, диэлектрическая проницаемость - диагональная компонента ε_xx=8,72+0,112∗i, недиагональная компонента ε_xy=0,055-9,971∗10^-3∗i; показатель преломления 2,852.

Зеркало из Au: толщина слоя h_Au изменялась в диапазоне от 0 до 100 нм, диэлектрическая проницаемость ε=-10,729+1,33∗i; показатель преломления 0,203, коэффициент экстинкции 3,282.

Согласно расчетам, оптимальные значения оптической толщины слоев M1 и М2 составили λ_R/4 и λ_R/3, соответственно. Для N=2-7 оптимальные толщины зеркала, выполненного в виде пленки из золота, при которых фарадеевское вращение имеет максимальное значение, составляют h_Au=40-100 нм (фиг. 3, фиг. 5, фиг. 7).

Примеры и параметры наиболее эффективных структур для реализации заявляемого плазмонного магнитофотонного кристалла:

1. (TiO₂/SiO₂)²/M1/Au_NP/M2/Au, толщина золотого слоя h_Au=30 нм; характеристики структуры: λTS=624,4 нм, Q=5,87°, фарадеевское вращение Θ_FR=2,30°, K_t-=46.7%, коэффициент усиления фарадеевского вращения t=4,6 раз.

2. (TiO₂/SiO₂)⁴/M1/Au_NP/M2/Au, N=4, h_Au=50 нм; характеристики структуры: λ_TS=620 нм, Q=5,27°, фарадеевское вращение Θ_FR=5,79°, K_t-=11.3%, t=11,6 раз.

3. (TiO₂/SiO₂)⁷/M1/Au_NP/M2/Au, N=7, h_Au=50 нм; характеристики структуры: λ_TS=620 нм, Q=3,0°, фарадеевское вращение Θ_FR=6,73°, K_t-=1,0%, t=13,5 раз.

Расчеты показывают, что в заявляемом плазмонном магнитофотонном кристалле коэффициент усиления фарадеевского вращения и удельное фарадеевское вращение выше, чем в прототипе, при значениях пар диэлектрических слоев N в зеркале Брэгга от 4 до 7 и толщине верхнего золотого слоя от 40 до 100 нм. При таких значениях N и толщинах верхнего золотого слоя λ_TS находится в диапазоне от 618 до 622 нм.

Учитывая то, что на длине волны λ_R дополнительный вклад к резонансу на ОТС будет давать резонанс на локализованных поверхностных плазмонах на наночастицах золота, удельное фарадеевское вращение и коэффициент усиления фарадеевского вращения будут еще примерно вдвое выше значений, рассчитанных только для резонанса на ОТС.

Представленные на фиг. 8, 9 графики распределения электрического поля Е в слоях кристалла подтверждают, что наблюдаемое усиление фарадеевского вращения связано с локализацией света на границе раздела пленка висмут-замещенного железо-иттриевого граната - пленка золота и обусловлено существованием ОТС. Амплитуда поля падает экспоненциально вглубь структуры, что также является признаком наличия ОТС [А.P. Vinogradov, А.V. Dorofeenko, S.G. Erokhin, М. Inoue, A.A. Lisyansky, А.М. Merzlikin, and А.В. Granovsky, Surface state peculiarities in one-dimensional photonic crystal interfaces, PHYSICAL REVIEW В 74, 045128 2006]. Из фиг. 9 (нижняя кривая) видно, что в отсутствии золотой пленки локализации света не происходит. Кроме того, как видно из рисунка 8, эффективность локализации поля в случае падения света со стороны золотого зеркала выше, чем со стороны подложки.

Таким образом, расчетным путем были определены параметры слоев плазмонного магнитофотонного кристалла, при которых на длине волны λ_R≈620 нм происходит наложение резонанса на локализованных поверхностных плазмонах на наночастицах золота и резонанса на оптических таммовских состояниях. Это наложение будет сопровождаться большим, чем в случае каждого отдельного резонанса, усилением фарадеевского вращения.

Плазмонный магнитофотонный кристалл изготовлен следующим образом.

Предварительно экспериментально определяется (уточняется) значение длины волны, на которой наблюдается резонанс на локализованных поверхностных плазмонах и которая зависит от размеров наночастиц золота. В свою очередь, размер наночастиц золота зависит от толщины пленки золота, из которой путем отжига изготавливаются наночастицы. Из литературы (аналога) [R. Fujikawa, А.V. Baryshev, J. Kim, Н. Uchida, and M. Inoue. Contribution of the surface plasmon resonance to optical and magneto-optical properties of a Bi: YIG-Au nanostructure. Journal of Applied Physics, 103, 07D301. 2008] известно, что при толщине пленки золота 5 нм отжигом формируются наночастицы золота, размер которых лежит в диапазоне от 20 до 80 нм. При этом, максимальное значение угла фарадеевского вращения, соответствующее резонансу на локализованных поверхностных плазмонах, наблюдается на длине волны λ_R≈620 нм.

Для точного определения значения длины волны, на которой имеет место плазмонный резонанс на наночастицах золота, изготавливается структура, состоящая из двухслойной пленки феррита-граната с расположенными между отдельными слоями наночастицами золота. В указанной структуре реализованы признаки заявляемого кристалла и прототипа, что позволяет сравнить свойства прототипа и заявляемого кристалла. Для этого на подложку из плавленого кварца методом электронно-лучевого испарения наносится пленка диэлектрика L2 с оптической толщиной λ_R/4, имитирующая верхний слой диэлектрического зеркала. На нее методом ионно-лучевого реактивного распыления наносится слой висмут-замещенного железо-иттриевого граната M1 с оптической толщиной λ_R/4. Сверху на слой M1 методом термического испарения напыляется пленка золота толщиной 5 нм. Затем структура подложка/L2/М1/пленка Au подвергается термическому отжигу на воздухе при атмосферном давлении при температуре Т₁ в течение времени t₁. При этом происходит кристаллизация слоя M1 с образованием гранатовой фазы, а из пленки золота - формирование наночастиц золота.

Затем на полученную структуру наносится второй слой висмут-замещенного железо-иттриевого граната M2 с оптической толщиной λ_R/3. Для кристаллизации слоя M2 осуществляется его отжиг на воздухе при атмосферном давлении при температуре T₂ в течение времени t₂.

В результате этих операций формируется структура кварцевая подложка/L2/М1/Au_NP/M2 с общей оптической толщиной магнитоактивного слоя 7λ_R/12.

Для сравнения значений угла фарадеевского вращения вышеуказанной (первой) структуры и двойного магнитоактивного слоя M1/M2 (без наночастиц золота) изготавливается вторая структура. Для этого на подложку из плавленого кварца методом электронно-лучевого испарения наносится пленка L2 с оптической толщиной λ_R/4, имитирующая верхний слой диэлектрического зеркала. На нее методом ионно-лучевого реактивного распыления наносится слой висмут-замещенного железо-иттриевого граната M1 с оптической толщиной λ_R/4. Затем структура подложка/L2/M1 подвергается термическому отжигу на воздухе при атмосферном давлении при температуре T₁ в течение времени t₁. При этом происходит кристаллизация слоя M₁ с образованием гранатовой фазы.

Затем на полученную структуру наносится второй слой висмут-замещенного железо-иттриевого граната M2 с оптической толщиной λ_R/3. Для кристаллизации слоя M2 осуществлялся его отжиг на воздухе при атмосферном давлении при температуре T₂ в течение времени t₂.

В результате формируется вторая структура кварцевая подложка/L2/M1/M2 с общей оптической толщиной магнитоактивного слоя 7λ_R/12.

После изготовления вышеуказанных структур с наночастицами золота и без наночастиц золота для них проводятся измерения спектральных зависимостей угла фарадеевского вращения и определение значения λ_R.

2. После экспериментального уточнения λ_R и определения магнитооптических характеристик первой и второй структур проводится изготовление рабочего образца плазмонного магнитофотонного кристалла. Для этого на подложку из плавленого кварца методом электронно-лучевого испарения наносится диэлектрическое зеркало, состоящее из N пар чередующихся четвертьволновых (λ_R/4) слоев L1 и L2. Затем, на диэлектрическое зеркало методом ионно-лучевого реактивного распыления наносится слой висмут-замещенного железо-иттриевого граната M1 с оптической толщиной λ_R/4. Сверху на слой M1 методом термического испарения напыляется пленка золота толщиной 5 нм. Затем структура подложка/(L1/L2)^N/M1/пленка Au подвергается термическому отжигу на воздухе при атмосферном давлении при температуре T₁ в течение времени t₁. При этом происходит кристаллизация слоя M1 с образованием гранатовой фазы, а из пленки золота - формирование наночастиц золота.

На полученную структуру наносится второй слой висмут-замещенного железо-иттриевого граната M2 с оптической толщиной λ_R/3. Для кристаллизации висмут-замещенного железо-иттриевого граната M2 осуществляется его отжиг на воздухе при атмосферном давлении при температуре Т₂ в течение времени t₂. Общая толщина магнитных слоев получается равной 7λ_R/12.

После этого, на структуру методом термического испарения наносится зеркало, выполненное в виде пленки из золота толщиной h_Au.

Таким образом формируется плазмонный магнитофотонный кристалл плавленый кварц/(L1/L2)^N/M1/Au_NP/M2/пленка Au.

После изготовления заявляемого плазмонного магнитофотонного кристалла проводятся измерения спектральных зависимостей коэффициента пропускания и угла фарадеевского вращения кристалла и сравнение полученных характеристик с характеристиками вышеуказанных структур.

Примеры конкретного исполнения заявляемого плазмонного магнитофотонного кристалла представлены ниже.

Пример 1. Нижний слой M1 висмут-замещенного железо-иттриевого граната, наносимый и кристаллизуемый на слое диэлектрического зеркала с низким показателем преломления (L2), имеет состав Bi₁Y₂Fe₅O₁₂. Верхний слой M2, наносимый и кристаллизуемый на слое Ml, имеет состав Bi₃Fe₅O₁₂. В качестве слоев зеркала Брэгга с высоким L1 и низким L2 показателями преломления использованы, соответственно, слои составов TiO₂ (n_B=2,3) и SiO₂ (n_H=1,45). Количество пар зеркал N=7. В качестве зеркала используется пленка толщиной h_Au=50 нм, выполненная из золота.

Температура отжига слоя M1 T₁=750°C, время отжига t₁=30 мин. При этих условиях происходит кристаллизация слоя M1 с образованием гранатовой фазы, а из пленки золота формируются наночастицы золота диаметром от 30 до 80 нм.

Температура отжига слоя М2 T₂=650°C, время отжига t₁=30 мин.

Пример 2. Нижний слой M1 висмут-замещенного железо-иттриевого граната, наносимый и кристаллизуемый на слое диэлектрического зеркала с низким показателем преломления (L2), имеет состав Bi_1.0Y_0.5Gd_1.5Fe_4.2Al_0.8O₁₂. Верхний слой M2, наносимый и кристаллизуемый на слое M1, имеет состав Bi_2,8Y_0,2Fe₅O₁₂. В качестве слоев зеркала Брэгга с высоким L1 и низким L2 показателями преломления использованы, соответственно, слои составов Ta₂O₅ (n_B=2,1) и SiO₂ (n_H=1,45). Количество пар зеркал N=5. В качестве верхнего зеркала используется пленка толщиной h_Au=60 нм, выполненная из золота.

Температура отжига слоя M1 T₁=740°C, время отжига t₁=30 мин. При этом происходит кристаллизация слоя M1 с образованием гранатовой фазы, а из пленки золота формируются наночастицы золота диаметром от 20 до 80 нм.

Температура отжига слоя M2 T₂=650°C, время отжига t₂=30 мин.

Пример 3. Нижний слой M1 висмут-замещенного железо-иттриевого граната, наносимый и кристаллизуемый на слое диэлектрического зеркала с низким показателем преломления (L2), имеет состав Bi_0,7Y_2,3Fe₅O₁₂. Верхний слой M2, наносимый и кристаллизуемый на слое M1, имеет состав Bi_2,3Dy_0,7Fe_54,2Ga_0,8O₁₂. В качестве слоев зеркала Брэгга с высоким L1 и низким L2 показателями преломления использованы, соответственно, слои состава TiO₂ (n_B=2,3) и Al₂O₃ (n_H=1,6). Количество пар зеркал N=7. В качестве верхнего зеркала используется пленка толщиной h_Au=80 нм, выполненная из золота.

Температура отжига слоя M1 T₁=750°C, время отжига t₁=30 мин. При этом происходит кристаллизация слоя M1 с образованием гранатовой фазы, а из пленки золота формируются наночастицы золота диаметром от 20 до 80 нм.

Температура отжига слоя M2 T₂=680°C, время отжига t₂=30 мин.

Преимуществом предлагаемого плазмонного магнитофотонного кристалла является возможность получения в нем высоких значений коэффициента усиления эффекта Фарадея и удельного фарадеевского вращения.

Claims (1)

1. Плазмонный магнитофотонный кристалл, содержащий диэлектрическое зеркало Брэгга, нанесенное на подложку из плавленого кварца, состоящее из N пар чередующихся диэлектрических слоев с большим и малым показателями преломления, двухслойную пленку висмут-замещенного железо-иттриевого граната, помещенную на диэлектрическое зеркало Брэгга, отличающийся тем, что дополнительно содержит наночастицы золота размером от 20 до 80 нм, расположенные между слоями висмут-замещенного железо-иттриевого граната, зеркало, выполненное в виде пленки золота толщиной от 40 до 100 нм, расположенное на поверхности двухслойной пленки висмут-замещенного железо-иттриевого граната.

   

Images