WO2014135586A1 - Magneto-optical unit having optical polarisation gratings made of structured, nonmagnetic metals - Google Patents

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WO2014135586A1
WO2014135586A1 PCT/EP2014/054259 EP2014054259W WO2014135586A1 WO 2014135586 A1 WO2014135586 A1 WO 2014135586A1 EP 2014054259 W EP2014054259 W EP 2014054259W WO 2014135586 A1 WO2014135586 A1 WO 2014135586A1
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WO
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structured
layer
magnetic field
optical
light
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PCT/EP2014/054259
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German (de)
French (fr)
Inventor
Heidemarie Schmidt
Robert Brunner
Tim Kaspar
Oliver G. Schmidt
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Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf E.V.
Ernst-Abbe-Fachhochschule Jena Hochschule Für Angewandte Wissenschaften
Leibniz-Institut Für Festkörper- Und Werkstoffforschung Dresden E.V.
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    • G02F2203/00Function characteristic
    • G02F2203/10Function characteristic plasmon

Definitions

  • the invention relates to a layer structure, the use of a layer structure, and a method for providing polarized light.
  • the invention further relates to an arrangement of a
  • Multilayer system especially for the magneto-optical coupling of electromagnetic waves to the structured
  • non-magnetic single and multi-layer system as well as its production and use.
  • Structured non-magnetic metals such as wire grid polarizers (WGP) are metal wires with sub-wavelength periodicity known for their extreme polarization sensitivity.
  • WGP wire grid polarizers
  • the WGPs show high reflectivity when the incident electromagnetic wave is so polarized that the
  • Component of the electric field parallel to the wires of the WPG shows, and high transmission when the
  • incident electromagnetic wave is polarized so that the component of the electric field is perpendicular to the wires of the WPG.
  • WGPs are currently of particular application interest in projection and display devices.
  • Charge density waves become at the interface between metal layers and the surrounding medium, for example air or another
  • Non-metallic material with a positive sign of the real part of the dielectric function observed. Phenomenologically, magneto-optical effects due to localized surface plasmons in (as
  • the object of the invention is to provide an arrangement of a structured as an optical polarization grating, non-magnetic single or multi-layer system in which for a given wavelength of the incident electromagnetic wave and a certain strength of the magnetic field at the location of each individual layer of st uktur convinced, non-magnetic
  • the invention describes the design and the production of the structured, non-magnetic
  • An aspect of various embodiments can be clearly seen in structuring one or more layers one above the other such that they exhibit a large magneto-optical effect, e.g. more than 1 ° with a magnetic field change of about 0.01 T. This is a
  • these elongated areas of the layer show a large one in their entirety
  • the optical grating may have a pattern width of less than about 80 nm, e.g. B. less than or equal to 60 nm.
  • ⁇ Structure width of more than 80 nm do not have such a large magneto-optical effect, e.g. only a small magneto-optical effect of less than 0.1 ° in one
  • Layer structure (a layer system) for magnetic field-dependent manipulation or modulation of incident
  • electromagnetic waves comprise: a support (e.g., a transparent substrate, e.g., a glass substrate, or e.g., a magnetic or magnetizable support or a support having at least one magnetic or magnetic support)
  • a support e.g., a transparent substrate, e.g., a glass substrate, or e.g., a magnetic or magnetizable support or a support having at least one magnetic or magnetic support
  • magnetizable layer at least one layer disposed on the support, wherein the at least one layer comprises such a material (e.g., Au, Ag, Pt, Cu, and / or Al) and is patterned such (e.g.
  • a material e.g., Au, Ag, Pt, Cu, and / or Al
  • Pattern width of less than 80 nm and a period of more than 80 nm) that a polarization state of an electromagnetic wave reflected or transmitted by the at least one patterned layer is manipulated or modulated based on anisotropic and magnetic field dependent electron mobility in the
  • the at least one structured layer is an optical polarization grating with a base element or with a plurality of base elements, and wherein an upper surface of the structured layer is at least partially exposed (so that the
  • the at least one structured layer can enter the layer structure
  • the ⁇ is a ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • Layer structure having a plurality of structured layers, wherein each of the plurality of structured layers having a polarizing optical grating with a base elements or with multiple base elements.
  • each of the plurality of structured layers may include a one-dimensional line grid, a two-dimensional cross grid, and / or a circular circular grid.
  • structured layers may be arranged one above the other or at least partially penetrate each other. According to various forms of execution, the
  • Layer structure further comprise a magnetizable single layer Sj with a magneto-optical Kopplungungskonsfante Qj.
  • the layer structure (the layer system) may comprise a magnetizable layer which magnetically couples to the at least one structured layer.
  • the ⁇ is a ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • Layer structure further comprises at least one structured, magnetizable single layer (Sj) with a magneto-optical coupling constant (Qj), which with at least one
  • the optical polarization grating may have a feature width of less than 80 nm. According to various embodiments, the optical polarization grating may have a feature width of less than 70 nm. According to various embodiments, the optical polarization grating may have a feature width of less than 60 nm. According to different
  • the optical polarization grating may have a feature width of less than 50 nm. According to various embodiments, the optical
  • Polarization grating has a structure width of less than 40 nm. According to various embodiments, the optical polarization grating may have a feature width in a range of about 10 nm to about 60 nm.
  • optical polarization gratings having a grating period which ⁇ depending on the wavelength range up to ⁇ 2 of the incident electromagnetic radiation in a range of approximately ⁇ 1/2- ⁇ 1 / 8th to about ⁇ 2/2 + ⁇ 2 / 8 lies.
  • the optical polarization gratings having a grating period which ⁇ depending on the wavelength range up to ⁇ 2 of the incident electromagnetic radiation in a range of approximately ⁇ 1/2- ⁇ 1 / 8th to about ⁇ 2/2 + ⁇ 2 / 8 lies.
  • Polarization grating have a grating period which, depending on the wavelength range ⁇ to ⁇ 2 of the incident electromagnetic radiation in a range of about ⁇ / 2 to about hr ⁇ 2/2 .
  • the optical polarization grating may have a grating period which is dependent on the wavelength ⁇ of the incident
  • monochromatic electromagnetic radiation is in a range of about ⁇ / 2- ⁇ / 8 to about ⁇ / 2 + ⁇ / 8.
  • the optical polarization grating may have a grating period which is dependent on the wavelength ⁇ of the incident
  • a method of providing polarized light may include: exposing a layered structure along one
  • the at least one patterned layer may comprise a one-dimensional line grating or a two-dimensional grating, wherein the polarization direction of the reflected or transmitted light is changed by changing the magnetic field by more than 1 ° per 0.01 Tesla.
  • the at least one structured layer may comprise a circular circular grating, wherein the chirality of the reflected or transmitted light is changed by changing the magnetic field.
  • the polarization degree of the reflected or transmitted light may be changed, for example, in a range of 0 to 100%.
  • a method of providing polarized light may include; Exposing a layer structure along with a
  • Layer structure at least partially penetrates (or the irradiated region of the layer structure completely
  • transmitted light is temporally modulated in its polarization state based on the temporal change of the magnetic field.
  • the polarization of the light can be modulated so that it can be used for data transmission.
  • the ⁇ is a ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • Layer structure as a magneto-optical sensor, magneto-optical modulator and / or for magneto-optical readout of a
  • Magnetic memory can be used, as well as, for example, for generating polarized light with predetermined
  • Polarization properties polarization direction or chirality and / or degree of polarization.
  • Figure 1 each as an optical polarization grating
  • Figure 2 each one as an optical polarization grating
  • Polarizing grids of structured monolayers having a base element in the unit cell according to various embodiments;
  • Figure 4 structured basic forms as optical
  • FIGS 6A to 6C each one as optical
  • Polarization grating structured layer system according to various embodiments.
  • Nanostructured gold, copper, silver and platinum are in the visible spectral range.
  • Optically excitable localized surface plasmons of nanostructured aluminum are in the UV spectral range.
  • Multilayer systems wherein the magneto-optical effects of the size and direction of the magnetic field at the location of the individual layers of the structured non-magnetic single or multilayer system depends.
  • vacuum the ratio of the electric and magnetic alternating field component of electromagnetic We c c 0 , where c 0 of the propagation velocity
  • Fig. 1 shows on both sides (right and left) the structure of a structured as an optical polarization grating
  • magnetizable or non-magnetizable carrier material T of thickness d r are applied.
  • the magneto-optical effects depend on the dielectric properties ⁇ ⁇ of the
  • Boundary layer G consisting of unstructured
  • magnetizable or unstructured non-magnetic Material also relevant to the polarization result of the reflected electromagnetic wave.
  • Fig. 2 shows on both sides (right and left) respectively the structure of a patterned as an optical polarization grating multilayer system.
  • the structured multilayer system comprises an optional support T and at least two structured non-magnetic individual layers 1, and a boundary layer G.
  • the thicknesses of these layers and of the support are denoted by d Pi , d G , d T.
  • Reflection angle ' reflected and transmitted with the angle of refraction through the multilayer system.
  • the two parts illustrate that the order of the individual layers Pi can be relevant for the polarization result of the reflected electromagnetic wave.
  • One-dimensional gratings ⁇ e.g. Line grating), one-dimensional gratings ⁇ e.g. Cross gratings, or so-called herringbone grids), and / or circular gratings (e.g., so-called circular antennas) can be used as the optical polarization gratings.
  • Fig. 3 illustrates various regularly structured
  • More layer system 2 in plan view, wherein the interface G in structured areas without single layer P can be seen.
  • the left-hand area illustrates a grid of the period p y , the middle area a herringbone pattern of the periods p x and p y, and the right-hand area a circular antenna the period p r .
  • These structured monolayers with a base element in the unit cell exhibit only a low to no magnetic field dependence of the coupling of incident electromagnetic waves to the plaques of the structured monolayer.
  • Fig. 4 illustrates various regularly structured
  • the left-hand area illustrates a grid of the period p y ', the middle area a herringbone pattern of the periods d x ' and d y 'and the right-hand area a
  • Circular antenna with the period d r '.
  • These structured egg layers show a good coupling of incident electromagnetic waves to the plasmon
  • Magnetic field dependence of the polarization state of the transmi tt being reflected electromagnetic wave.
  • the electron mobility in structured nonmagnetic metal layers is anisotropic and also depends on a static or dynamically changing magnetic field at the site of the structured non-magnetic metal layers.
  • the most important driving force for electrons in metal layers structured as optical polarization gratings with impinging electromagnetic waves is the drift along the direction of the alternating electric field component.
  • Wave number vector of incident electromagnetic wave can couple to the in-plane Wel number vector of the metal grid.
  • the plasmon dispersion in structured, non-magnetic metal layers depends on the. Properties of the
  • the magnetic field at the location of the structured, non-magnetic individual layers of the single or multilayer system can, for example, be an external magnetic field and / or
  • Magnetgradientenfeider be from a surrounding magnetic and / or current-carrying medium.
  • Aluminum layers can be used for example air, ⁇ l 2 0 3 and / or AlN.
  • Aluminum is the most abundant metal in the earth's crust, accounting for 8% by weight of the solid earth surface, and is the most widely used non-ferrous metal in various transportation and structural materials. It has already been shown that aluminum is superconducting up to a temperature of 1.2 K.
  • Metal layers wherein the in-plane wave vector of incident electromagnetic wave depends on the angle of incidence of the electromagnetic wave. Excluded are strong optical excitations of localized surface plasmons for certain resonance energies of the electromagnetic wave.
  • Nonmagnetic metal layers can the optical Aufregle localized surface plasmons in these
  • nanostructured non-magnetic metal layers depends on the sudden change in the permittivity of the localized surface plasmons across the interface between the nanostructured metal layers and the surrounding medium
  • Additional local magnetic fields eg. B. an external
  • Magnetic field, magnetic gradient fields from the surrounding magnetizable and / or current-carrying medium also exert driving forces on the electrons in the nanostructured nonmagnetic metal layers and thus change the
  • the plane of incidence of the light may lie in the xz-plane (oBdA).
  • Vertically polarized light has only one E-Feid component in
  • Electrons in the wire mesh drift in the E field of light with the drift velocity v. If the line grid is driven by an external magnetic field, the electrons are deflected out of their drift direction due to the effect of the Lorentz force F L (F z -q (vxH)).
  • the change in the drift motion in a magnetic field can be described, for example, as the ratio of parallel polarized
  • the ratio r p / r s for a magnetic field along x is greatly increased, for a magnetic field along y slightly increased and for a
  • the ratio r p / r s for a magnetic field along x is light
  • Multilayer systems can be used Mueller-Ma Irix polarimetry, an extension of standard spectral dilipsometry.
  • Mueller matrix polarimetry makes it possible to differentiate between polarization and depolarization and each one
  • Nanostructured non-magnetic metal layers provide a new link between the optical excitation of the drift of electrons along the direction of the alternating electric field component of the impinging electromagnetic waves with the magnetic field-dependent electron mobility at the position of the nanostructured metal layers.
  • non-magnetic metal layers controls the
  • the object is achieved by using a structured nonmagnetic single or multilayer system 2 optionally on a magnetizable or non-magnetizable
  • Carrier material T for defined magnetic field dependent
  • Aluminum layer with a height of 225 nm and a period p y ' 200 nm (cf., Fig. 4) can be used on a glass slide.
  • the arrangement according to the invention comprises at least one structured non-magnetic single layer P with a thickness di, which can optionally be applied to a magnetizable or non-magnetizable carrier material T, for the defined magnetic-field-dependent coupling of the incident electromagnetic Melle to the structured single or multi-layer system 2, wherein the Polarization state of the reflected or transmitted electromagnetic waves as a function of their energy through the structuring and the material of the individual layers of the single or
  • Multilayer system and by the magnetic field Hi at the site of the structured single layer Pi is manipulated or modulated.
  • the processing of the arrangement according to the invention takes place on the micro or nanometer scale.
  • the structured single layer Pi has localized
  • the magnetic field Hj. Can be constant over time or variable.
  • the electrons in the lattice-structured single layer Pi have a magnetic-field-dependent mobility.
  • the magnetic field dependent Lorenzkraft reduces the
  • Electromechanical movement perpendicular to the wire mesh if at least one base element has a width, which in
  • Range of free path of the electrons lies.
  • the width of the two base elements in a grid-structured aluminum layer with a Height of 225 nm and a period p y > 200 nm (see Fig. 4) on a glass substrate in each case 60 nm or less than 80 nm, for example less than 60 nm, for example less than 40 nm.
  • This grating shows magneto-optical effects
  • the dielectric tensor 5 ⁇ ⁇ determines the properties of the localized surface plasmons of the structured
  • the spectral range of the localized surface polarites SP is determined by the structuring and by the properties of the surface plasmons of the structured single layer Pi.
  • the structured multilayer system 2 comprises at least one structured non-magnetic individual layers Pi
  • Wavelength ⁇ of the incident electromagnetic waves or the electromagnetic wave reflected or transmitted by the structured single or multi-layer system 2. Furthermore, with the structured single or
  • Multilayer system 2 using the dielectric tensor i, ⁇ ⁇ ⁇ each single layer P, ⁇ of the structured single or multi-layer system 2 and the properties of
  • incident electromagnetic waves wavelength ⁇ and polarization state 12 ⁇ the polarization state
  • electromagnetic wave can be determined.
  • individual layers P, Pi of the structured single and multilayer system 2 may have a spatial overlap (cf., for example, FIG. 2) .
  • the upper side of the single-push P n is partially filled by the material of the overlying single layer i.
  • the structured single or multi-layer system can thus be used as a magneto-optical sensor, memory or modulator
  • Multilayer systems are controlled.
  • a major advantage is that in the applications of the arrangement produced by this method, the requirements for the specific magneto-optical effects of the individual or
  • Carrot layer system with respect to angle of incidence of light, polarization state of light, frequency of light, magnetic field at the location of the non-magnetic single or
  • the inventive method allows easy adjustment of the desired target polarization, the inventive arrangement can be used to measure the
  • Another possible use of the method is the targeted magneto-optical modulation of individual
  • a nanostructured aluminum grid can be a new
  • Grid width and grid height of the base elements, periodicity and material of the surrounding medium determine the change of the polarization state of one at the nanostructured
  • Magnetic field is.
  • the magnetic field can be generated in a miniaturized electromagnet, the banknotes to the
  • Testing be placed in the center of the electromagnet and irradiated with an electromagnetic wave at an angle of incidence at the site of the nanostructured aluminum grid.
  • Metal mesh for example Au, Ag, Cu, Pt, or
  • Nanostructured aluminum grilles can be attached to the bodywork of vehicles below the door handle. In countries with legal relations it is recommended that the
  • the local magnetic field Hi at the site of the nanostructured nonmagnetic single layer Pj . is determined by the magnetizable and / or current-carrying material of the surrounding medium. By changing the direction of the current flow to
  • the detector system mounted on the left side of the body of another vehicle used for detection preferably operates with an IR diode laser.
  • the observing vehicle preferably detects the reflection of the IR light on the nanostructured aluminum grid of the vehicle to be observed at a 45 ° angle of reflection and reflection.
  • the plasmon nanophotonics thus has effects on a large number of fields, such as electronics, photonics, chemistry,
  • the non-contact sensor principle of magneto optics opens up possibilities for cost reduction for the areas of
  • non-magnetic metal layers also allows the
  • structured, non-magnetic single or multi-layer system 2 for magnetic field-dependent manipulation or modulation of incident electromagnetic waves, comprising: at least one structured non-magnetic single layer Pi having a thickness di, which may optionally be applied to a magnetizable or non-magnetizable support material T, the defined magnetic field dependent Coupling of the incident electromagnetic wave to the structured single or multi-layer system 2, characterized in that the Polarisaticns state of the reflected or
  • Transmitted electromagnetic waves can be manipulated or modulated as a function of their energy by the structuring and the material of the individual layers of the single or multilayer system and by the magnetic field Hi at the location of the structured single layer Pi.
  • a structured single or multi-layer system 2 may be characterized in that the structured single layer Pi has been located
  • Oberfiambaenpoiaritonen S i in the spectral range of has incident electromagnetic waves and that the properties of the localized surface polarites SP ⁇ depend on the magnetic field Iii at the location of the structured single layer Pj, wherein the magnetic field H ⁇ may be temporally constant or temporally variable.
  • a structured single or multi-layer system 2 may be characterized in that the periodicity of the patterning is on the micro or nanometer scale and that the unit cell contains several basic elements.
  • a structured single or multi-layer system 2 may be characterized in that the dielectric tensor sSP and that the
  • a structured single or multi-layer system 2 may be characterized in that the spectral range is localized with
  • a structured single or multi-layer system 2 may be characterized in that the structured Mehr Mrssys eir. 2 at least one structured non-magnetic single layer Pi with
  • Polarization state 12 of the incident electromagnetic waves take place.
  • the structured single or multi-layer system 2 may be non-destructive
  • Multilayer system 2 can be used, using the measured properties ⁇ polarization states 12 and 13 and the wavelength ⁇ of the incident electromagnetic waves or of the structured single or
  • the structured single or multi-layer system 2 may be used for temporally constant or variable modulation of the polarization properties of the incident electromagnetic wave.
  • the structured single or multi-layer system 2 can be used for magneto-optical
  • the structured single or multi-layer system 2 may be designed as a magneto-optical sensor, raagneto-optical modulator or be used as a raagneto-optical memory.
  • FIG. 6A shows, on the right and left, a single layer P of thickness dp, which is structured as an optical polarization grating and which, for example, lies directly on a
  • magnetizable or non-magnetizable carrier T for example, substrate or wafer
  • thickness d T is applied.
  • at least a part of the individual layer P can be structured, for example a surface region of the single layer P.
  • Fig. 6B shows right and left respectively as optical
  • each of the multiple layers ⁇ , P ⁇ , P n may be structured, for example a surface area of each of the plurality of layers P 1? P if P n .
  • Structural elements on the support T are arranged or are part of the carrier.
  • the structural elements can be a
  • Magnetisable single or multi-layer system Structured non-magnetic single or multi-layer system
  • Interface boundary layer consisting of unstructured magnetizable or unstructured non-magnetic material
  • Dielectric tensor of the layer Pi Dielectricity tensor of the carrier T Refractive index and absorption index of the layer Si

Abstract

The invention relates to the design of an assembly of a regularly structured nonmagnetic single- or multi-layer system (2) having an optical polarisation grating, which has several basic elements in the unit cell. For a specified wavelength of the incident electromagnetic wave, a certain polarisation of the reflected or transmitted wave depending on a magnetic field applied from outside is achieved with the layer system.

Description

Beschreibung description
Magnetooptik mit optischen Polarisationsgittern aus Magneto optics with optical polarization gratings
strukturierten, unmagne ischen Metallen structured, non-magneic metals
Die Erfindung betrifft eine Schichtstruktur, die Verwendung einer Schichtstruktur, und ein Verfahren zum Bereitstellen von polarisiertem Licht . Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung eines The invention relates to a layer structure, the use of a layer structure, and a method for providing polarized light. The invention further relates to an arrangement of a
strukturierten, unmagnetischen Einzel- und structured, non-magnetic single and
Mehrschichtsystems, speziell für die magnetooptische Kopplung von elektromagnetischen Wellen an das strukturierte,  Multilayer system, especially for the magneto-optical coupling of electromagnetic waves to the structured,
unmagnetische Einzel- und Mehrschichtsystem, sowie dessen Herstellung und Verwendung. non-magnetic single and multi-layer system, as well as its production and use.
Strukturierte, unmagnetische Metalle , wie beispielsweise Drahtgitter-Polarisatoren (engl, wire grid polarizer, WGP) , sind Metalldrähte mit einer Sub-Wellenlängen-Periodizität, sind für ihre extreme Polarisationsempfindlichkeit bekannt.Structured non-magnetic metals, such as wire grid polarizers (WGP), are metal wires with sub-wavelength periodicity known for their extreme polarization sensitivity.
Die WGPs zeigen eine hohe Reflektivität, wenn die einfallende elektromagnetische Welle so polarisiert ist, dass die The WGPs show high reflectivity when the incident electromagnetic wave is so polarized that the
Komponente des elektrischen Feldes parallel zu den Drähten des WPG zeigt, und eine hohe Transmission, wenn die Component of the electric field parallel to the wires of the WPG shows, and high transmission when the
einfallende elektromagnetische Welle so polarisiert ist, dass die Komponente des elektrischen Feldes senkrecht zu den Drähten des WPG zeigt. incident electromagnetic wave is polarized so that the component of the electric field is perpendicular to the wires of the WPG.
Aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften und ihrer Kompaktheit sind WGPs derzeit von besonderem Anwendungsinteresse in Projektions- und Display-Geräten . Due to their special properties and compactness, WGPs are currently of particular application interest in projection and display devices.
Ladungsdichtewellen (Cberflächenplasrnonen) werden an der Grenzfläche zwischen Metallschichten und dem umgebenden Medium, beispielsweise Luft oder ein anderes Charge density waves (surface plasmon) become at the interface between metal layers and the surrounding medium, for example air or another
nichtmetallisches Material mit positivem Vorzeichen des Realteils der Dielektrizitätsfunktion beobachtet. Phänomenologisch wurden bereits magnetooptische Effekte aufgrund von lokalisierten Oberflächenplasmonen in (als Non-metallic material with a positive sign of the real part of the dielectric function observed. Phenomenologically, magneto-optical effects due to localized surface plasmons in (as
Ellipse strukturierten) unmagnetischen Goldnanostrukturen beobachtet [IEEE Transactions on magnetics, Vol. 47, No . 10, October 2011, agnetic field effect on fhe Localized Plasmon Resonance in Patterned Noble Met.ai Nanostructures, Guan-Xiang Du, Shin Saito, Migaku Takahashi ] . Phänomenologisch wurden bisher keine magnetooptischen Effekte in (als optisches Polarisationsgitter strukturierten) unmagnetischen Einzel- oder Mehrschichtsystemen festgestellt . Ellipse-structured) non-magnetic gold nanostructures [IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 47, No. 10, October 2011, Agnetic Field Effect on Localized Plasmon Resonance in Patterned Noble Metai Nanostructures, Guan-Xiang Du, Shin Saito, Migaku Takahashi]. Phenomenologically, no magneto-optical effects have been detected in nonmagnetic single or multi-layer systems (structured as optical polarization grating).
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung eines als optisches Polarisationsgitter strukturierten, unmagnetischen Einzel- oder Mehrschichtsystems anzugeben, bei dem für eine vorgegebene Wellenlänge der einfallenden elektromagnetischen Welle und einer bestimmten Stärke des Magnetfeldes am Ort jeder Einzelschicht des st ukturierten, unmagnetischen The object of the invention is to provide an arrangement of a structured as an optical polarization grating, non-magnetic single or multi-layer system in which for a given wavelength of the incident electromagnetic wave and a certain strength of the magnetic field at the location of each individual layer of st ukturierten, non-magnetic
Einzel- und Mehrschichtsystems eine bestimmte Polarisation der reflektierten oder transmittierten elektromagnetischen Welle erreicht wird. Die Erfindung beschreibt die Auslegung und die Hersteilung des strukturierten, unmagnetischen Single and multi-layer system a certain polarization of the reflected or transmitted electromagnetic wave is achieved. The invention describes the design and the production of the structured, non-magnetic
Systems, um die „Zielv> -Polarisation der reflektierten oder transmittierten elektromagnetischen Welle zu erreichen. Systems to achieve the "target v> polarization of the reflected or transmitted electromagnetic wave.
Weiterhin werden mögliche Einsatzgebiete für dieses als optisches Polarisationsgitter strukturierte, unmagnetische Einzel- oder Mehrschichtsystem angegeben . Furthermore, possible applications for this structured as an optical polarization grating, non-magnetic single or multi-layer system are given.
Ein Aspekt verschiedener Ausführungsformen kann anschaulich darin gesehen werden, eine Schicht oder mehrere Schichten übereinander derart zu strukturieren, dass diese einen großen magnetooptischen Effekt zeigen, z.B. mehr als 1° bei einer Magnetfeldänderung von ungefähr 0,01 T. Dazu wird eine An aspect of various embodiments can be clearly seen in structuring one or more layers one above the other such that they exhibit a large magneto-optical effect, e.g. more than 1 ° with a magnetic field change of about 0.01 T. This is a
Einzelschicht (eine Einzellage) oder ein Mehrschien System (aus mehreren verschiedenen übereinander angeordneten Einzelschichten) mit iinienförmigen oder länglichen Single layer (a single layer) or a multi-rail system (consisting of several different superimposed Single layers) with linear or oblong
Strukturen (optischen Gitterlinien) beschichtet oder derart strukturiert, z.B. mittels Lithographie, dass Iinienförmige oder länglichen Strukturen (optischen Gitterlinien) Structures (optical grating lines) coated or patterned, e.g. by means of lithography that linear or elongated structures (optical grid lines)
verbleiben. Diese länglichen Bereiche der Schicht zeigen beispielsweise in deren Gesamtheit einen großen remain. For example, these elongated areas of the layer show a large one in their entirety
magnetooptischen Effekt, aufgrund der Elektronenbewegung der Elektronen in den Gitterlinien, Dabei kann die das optische Gitter eine Strukturbreite von kleiner als ungefähr 80 nm aufweisen, z. B . kleiner oder gleich 60 nm. Anschaulich können Gitter mit breiteren Gitteriinien oder Gi terstrukturen, z . B . Scheiben mit einem Durchmessen von mehr als 80 nm oder eindimensionale Liniengitter mit ei er Linienbreite magneto-optic effect, due to the electron motion of the electrons in the grating lines. In this case, the optical grating may have a pattern width of less than about 80 nm, e.g. B. less than or equal to 60 nm. Illustratively lattice with broader Gitteriinien or Gi terstrukturen, z. B. Washers with a diameter of more than 80 nm or one-dimensional line grids with a line width
{Strukturbreite) von mehr als 80 nm keinen derart großen magnetooptischen Effekt aufweisen, z.B. nur einen geringen magnetooptischen Effekt von weniger als 0,1° bei einer  {Structure width) of more than 80 nm do not have such a large magneto-optical effect, e.g. only a small magneto-optical effect of less than 0.1 ° in one
Magnetfeldänderung von einem Tesla . Magnetic field change from a Tesla.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine According to various embodiments, a
Schichtstruktur (ein Schichtsystem) zur magnetfeldabhängigen Manipulation oder Modulierung von einfallenden Layer structure (a layer system) for magnetic field-dependent manipulation or modulation of incident
elektromagnetischen Wellen Folgendes aufweisen: einen Träger (z. B . ein transparentes Substrat, z. B . ein Glassubstrat, oder z.B. einen magnetischen oder magnetisierbaren Träger oder einen Träger mit mindestens einer magnetischen oder electromagnetic waves comprise: a support (e.g., a transparent substrate, e.g., a glass substrate, or e.g., a magnetic or magnetizable support or a support having at least one magnetic or magnetic support)
magnetisierbaren Schicht) ; mindestens eine auf dem Träger angeordnete Schicht, wobei die mindestens eine Schicht ein derartiges Material (z.B. Au, Ag, Pt, Cu, und/oder AI) aufweist und derart strukturiert ist (z. B . mit einer magnetizable layer); at least one layer disposed on the support, wherein the at least one layer comprises such a material (e.g., Au, Ag, Pt, Cu, and / or Al) and is patterned such (e.g.
Strukturbreite von weniger als 80 nm und einer Periode von mehr als 80 nm) , dass ein Polarisationszustand einer mittels der mindestens eine strukturierten Schicht reflektierten oder transmittierten elektromagnetischen Welle manipuliert oder moduliert wird basierend auf einer anisotropen und magnetfeldabhängigen Elektronenbeweglichkeit in der Pattern width of less than 80 nm and a period of more than 80 nm) that a polarization state of an electromagnetic wave reflected or transmitted by the at least one patterned layer is manipulated or modulated based on anisotropic and magnetic field dependent electron mobility in the
strukturiert unmagnetischen Schicht, wobei die mindestens eine strukturierte Schicht ein optisches Polarisationsgitter mit einem Basiselement oder mit mehreren Basiselementen aufweist, und wobei eine obere Oberfläche der strukturierten Schicht zumindest teilweise freiliegt (so dass die structured nonmagnetic layer, wherein the at least one structured layer is an optical polarization grating with a base element or with a plurality of base elements, and wherein an upper surface of the structured layer is at least partially exposed (so that the
einfallende elektromagnetische Weile mit der mindestens einen strukturierten Schicht wechselwirken kann} , incident electromagnetic interaction with the at least one structured layer},
Gemäß verschiedenen Aus führungs formen kan die mindestens eine strukturierte Schicht der Schichtstruktur ein According to various embodiments, the at least one structured layer can enter the layer structure
eindimensionales Liniengitter, ein zweidimensionales one-dimensional line grid, a two-dimensional one
Kreuzgitter, und/oder ein zirkuläres Kreisgitter aufweist» Cross lattice, and / or has a circular circular grid »
Gemäß verschiedenen Aus führungs formen kann die According to various embodiments, the
Schichtstruktur mehrere strukturierte Schichten aufweisen, wobei jeder der mehrere strukturierte Schichten ein optisches Polarisationsgitter mit einem Basiselementen oder mit mehreren Basiselementen aufweist. Layer structure having a plurality of structured layers, wherein each of the plurality of structured layers having a polarizing optical grating with a base elements or with multiple base elements.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann jede der mehreren strukturierten Schichten ein eindimensionales Liniengitter, ein zweidimensionales Kreuzgitter, und/oder ein zirkuläres Kreisgitter aufweisen. Dabei können die mehreren According to various embodiments, each of the plurality of structured layers may include a one-dimensional line grid, a two-dimensional cross grid, and / or a circular circular grid. The several can
strukturierten Schichten übereinander angeordnet sein oder sich gegenseitig zumindest teilweise durchdringen. Gemäß verschiedenen Ausführungs formen kann die structured layers may be arranged one above the other or at least partially penetrate each other. According to various forms of execution, the
Schichtstruktur ferner eine magnetisierbare Einzelschicht Sj mit einer magnetooptischer Kopplungskonsfante Qj aufweisen. Anschaulich kann die Schichtsfruktur (das Schichtsystem) eine magnetisierbare Schicht aufweisen welche magnetisch an die mindestens eine strukturierte Schicht ankoppelt.  Layer structure further comprise a magnetizable single layer Sj with a magneto-optical Kopplungungskonsfante Qj. Clearly, the layer structure (the layer system) may comprise a magnetizable layer which magnetically couples to the at least one structured layer.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die According to various embodiments, the
Schichtstruktur ferner mindestens eine strukturierte, magnetisierbare Einzelschicht (Sj) mit einer magnetooptischer Kopplungskonstante (Qj), welche mit mindestens einer Layer structure further comprises at least one structured, magnetizable single layer (Sj) with a magneto-optical coupling constant (Qj), which with at least one
Grenzschicht G gekoppelt ist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das optische Polarisationsgitter eine Strukturbreite von weniger als 80 nm aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsfernen kann das optische Polarisationsgitter eine Strukturbreite von weniger als 70 nm aufweisen . Gemäß verschiedenen Ausführungs ormen kann das optische Polarisationsgitter eine Strukturbreite von weniger als 60 nm aufweisen. Gemäß verschiedenen Boundary layer G is coupled. According to various embodiments, the optical polarization grating may have a feature width of less than 80 nm. According to various embodiments, the optical polarization grating may have a feature width of less than 70 nm. According to various embodiments, the optical polarization grating may have a feature width of less than 60 nm. According to different
Aus führungsformen kann das optische Polarisationsgitter eine Strukturbreite von weniger als 50 nm aufweisen. Gemäß verschiedenen Äusführungsformen kann das optische In embodiments, the optical polarization grating may have a feature width of less than 50 nm. According to various embodiments, the optical
Polarisationsgitter eine Strukturbreite von weniger als 40 nm aufweise . Gemäß verschiedenen Äusführungsformen kann das optische Polarisationsgitter eine Strukturbreite in einem Bereich von ungefähr 10 nm bis ungefähr 60 nm aufweisen.  Polarization grating has a structure width of less than 40 nm. According to various embodiments, the optical polarization grating may have a feature width in a range of about 10 nm to about 60 nm.
Gemäß verschiedenen Aus führungsformen kann das optische Polarisationsgitter eine Gitterperiode aufweisen, welche in Abhängigkeit von dem Wellenlängenbereich λι bis λ2 der einfallenden elektromagnetischen Strahlung in einem Bereich von ungefähr λ1/2-λ1/8 bis ungefähr λ2/2+λ2/8 liegt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das optische Can EMBODIMENTS According to various From the optical polarization gratings having a grating period which λι depending on the wavelength range up to λ 2 of the incident electromagnetic radiation in a range of approximately λ 1/2-λ 1 / 8th to about λ 2/2 + λ 2 / 8 lies. According to various embodiments, the optical
Polarisationsgitter eine Gitterperiode aufweisen, welche in Abhängigkeit von dem Wellenlängenbereich λχ bis λ2 der einfallenden elektromagnetischen Strahlung in einem Bereich von ungefähr λι/2 bis ungef hr λ2/2 liegt. Polarization grating have a grating period which, depending on the wavelength range λχ to λ 2 of the incident electromagnetic radiation in a range of about λι / 2 to about hr λ 2/2 .
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das optische Polarisationsgitter eine Gitterperiode aufweisen, welche in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ der einfallenden According to various embodiments, the optical polarization grating may have a grating period which is dependent on the wavelength λ of the incident
monochromatischen elektromagnetischen Strahlung in einem Bereich von ungefähr λ/2-λ/8 bis ungefähr λ/2+λ/8 liegt. monochromatic electromagnetic radiation is in a range of about λ / 2-λ / 8 to about λ / 2 + λ / 8.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das optische Polarisationsgitter eine Gitterperiode aufweisen, welche in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ der einfallenden According to various embodiments, the optical polarization grating may have a grating period which is dependent on the wavelength λ of the incident
monochromatischen elektromagnetischen Strahlung in einem Bereich von ungefähr λ/2 liegt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Bereitstellen von polarisiertem Licht Folgendes aufweisen: Belichten einer Schichtstruktur mit entlang einer monochromatic electromagnetic radiation is in a range of approximately λ / 2. According to various embodiments, a method of providing polarized light may include: exposing a layered structure along one
Lichteinfailsrichtung einfallendem Licht, wobei zumindest ein Teil des einfallenden Lichts in einem Polarisationszustand reflektiert oder transmittiert wird; Bereitstellen eines Magnetfeldes, welches die Schichtstruktur zumindest teilweise durchdringt (oder den bestrahlten Bereich der Schichtstruktur vollständig durchdringt); Verändern des Magnetfeldes in dessen Magnetfeldstärke und/oder dessen Ausrichtung relativ zu der Schichtstruktur und zu der Lichteinfallsrichtung des einfallenden Lichts, so dass der Polarisationsgrad und/oder Polarisationszustand der reflektiert oder transmittiert Lichts beeinflusst wird . Light incoming light direction, wherein at least a part of the incident light is reflected or transmitted in a polarization state; Providing a magnetic field which at least partially penetrates the layer structure (or completely penetrates the irradiated area of the layer structure); Changing the magnetic field in its magnetic field strength and / or its orientation relative to the layer structure and to the light incident direction of the incident light, so that the degree of polarization and / or polarization state of the reflected or transmitted light is affected.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die mindestens eine strukturierte Schicht ein eindimensionales Liniengitter oder ein zweidimensionales Kreuzgitter aufweisen, wobei die Polarisationsrichtung des reflektierten oder transmittierten Lichts mittels Änderns des Magnetfeldes um mehr als 1° pro 0,01 Tesla verändert wird. According to various embodiments, the at least one patterned layer may comprise a one-dimensional line grating or a two-dimensional grating, wherein the polarization direction of the reflected or transmitted light is changed by changing the magnetic field by more than 1 ° per 0.01 Tesla.
Gemäß verschiedenen Ausführungs formen kann die mindestens eine strukturierte Schicht ein zirkuläres Kreisgitter aufweisen, wobei die Chiralität des reflektierten oder transmittierten Lichts mittels Änderns des Magnetfeldes verändert wi d. According to various embodiments, the at least one structured layer may comprise a circular circular grating, wherein the chirality of the reflected or transmitted light is changed by changing the magnetic field.
Gemäß verschiedenen Ausführungs formen kann mittels Änderns der Stärke des Magnetfeldes der Polarisationsgrad des reflektierten oder transmittierten Lichts verändert werden, beispielsweise in einem Bereich von 0 bis 100 %. According to various embodiments, by changing the strength of the magnetic field, the polarization degree of the reflected or transmitted light may be changed, for example, in a range of 0 to 100%.
Gemäß verschiedenen Ausführungs formen kann ein Verfahren zum Bereitstellen von polarisiertem Licht Folgendes aufweisen; Belichten einer Schichtstruktur mit entlang einer According to various embodiments, a method of providing polarized light may include; Exposing a layer structure along with a
Lichteinfallsrichtung einfallendem Licht, wobei zumindest ein Teil des einfallenden Lichts in einem Polarisationszustand reflektiert oder transmittiert wird; Bereitstellen eines sich zeitlich verändernden Magnetfeldes, welches die Light incident direction incident light, wherein at least one Reflected or transmitted part of the incident light in a polarization state; Providing a time-varying magnetic field, which
Schichtstruktur zumindest teilweise durchdringt (oder den bestrahlten Bereich der Schichtstruktur vollständig Layer structure at least partially penetrates (or the irradiated region of the layer structure completely
durchdringt) ; so dass die das reflektierte oder penetrates); so that the reflected or
transmittierte Licht in dessen Polarisationszustand basierend auf der zeitlich Veränderung des Magnetfeldes zeitlich moduliert wird. Anschaulich kann die Polarisation des Lichts moduliert werden, so dass dieses zur Datenübertragung genutzt werden kann. transmitted light is temporally modulated in its polarization state based on the temporal change of the magnetic field. Clearly, the polarization of the light can be modulated so that it can be used for data transmission.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die According to various embodiments, the
Schichtstruktur als magnetooptischer Sensor, magnetooptischer Modulator und/oder zum magnetooptischen Auslesen eines Layer structure as a magneto-optical sensor, magneto-optical modulator and / or for magneto-optical readout of a
Magnetspeichers verwendet werden, sowie beispielsweise zum Erzeugen polarisierten Lichts mit vorgegebenen  Magnetic memory can be used, as well as, for example, for generating polarized light with predetermined
Polarisationseigenschaften (Polarisierungsrichtung oder Chiralität und/oder Polarisationsgrad) . Polarization properties (polarization direction or chirality and / or degree of polarization).
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Embodiments of the invention are illustrated in the figures and are explained in more detail below.
Es zeigen Show it
Figur 1 jeweils ein als optisches Polarisationsgitter Figure 1 each as an optical polarization grating
strukturiertes Einzelschichtsystem, gemäß  structured single-layer system, according to
verschiedenen Ausführungs formen; Figur 2 jeweils ein als optisches Polarisationsgitter  various forms of execution; Figure 2 each one as an optical polarization grating
strukturiertes Mehrschichtsystems, gemäß  structured multilayer system, according to
verschiedenen Ausführungs formen;  various forms of execution;
Figur 3 strukturierte Grundformen als optisches Figure 3 structured basic forms as optical
Polarisationsgitter strukturierter Einzelschichten mit einem Basis-Element in der Einheitszelle, gemäß verschiedenen Ausführungsformen; Figur 4 strukturierte Grundformen als optisches Polarizing grids of structured monolayers having a base element in the unit cell, according to various embodiments; Figure 4 structured basic forms as optical
Polarisationsgitter strukturierter Einzelschichten P mit zwei Basis-Elementen in der Einheitszelle, gemäß verschiedenen Ausführungs formen;  Polarization lattice structured single layers P with two basic elements in the unit cell, according to various forms of execution;
Figur 5 in a) eine Reihenschaltung oder in b) eine Figure 5 in a) a series connection or in b) a
Parallelschaltung aus einzelnen strukturierten Einzel- oder Mehrschichtsystemen, gemäß verschiedenen Ausführungsformen; und  Parallel connection of individual structured single or multi-layer systems, according to various embodiments; and
Figuren 6A bis 6C jeweils ein als optisches Figures 6A to 6C each one as optical
Polarisationsgitter strukturiertes Schichtsystem, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.  Polarization grating structured layer system, according to various embodiments.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische In the following detailed description, reference is made to the accompanying drawings, which form a part hereof and in which is by way of illustration specific
Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Embodiments are shown in which the invention can be practiced. In this regard will
Richtungsterminologie wie etwa „oben", „unten", „vorne", „hinten", „vorderes", „hinteres", usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur (en) verwendet. Da Directional terminology such as "top", "bottom", "front", "back", "front", "rear", etc. used with reference to the orientation of the described figure (s). There
Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl Components of embodiments in number
verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert. different orientations can be positioned, the directional terminology is illustrative and is in no way limiting. It should be understood that other embodiments may be utilized and structural or logical changes may be made without departing from the scope of the present invention. It should be understood that the features of the various exemplary embodiments described herein may be combined with each other unless specifically stated otherwise. The following detailed description is therefore not to be construed in a limiting sense, and the Scope of the present invention is defined by the appended claims.
Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe In the context of this description, the terms
"verbunden", "angeschlossen" sowie "gekoppelt" verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist. "connected", "connected" and "coupled" used to describe both a direct and indirect connection, a direct or indirect connection and a direct or indirect coupling. In the figures, identical or similar elements are provided with identical reference numerals, as appropriate.
Unter elektromagnetischen Wellen sind nicht nur Weißlicht, monochromatisches sichtbares, ultraviolettes oder Infrarot- Licht zu verstehen, sondern die Gesamtheit aller Under electromagnetic waves are not only white light, monochromatic visible, ultraviolet or infrared light to understand, but the totality of all
elektromagnetischen Wellen verschiedener Energien bzw. electromagnetic waves of different energies or
Frequenzen oder Wellenlängen. Frequencies or wavelengths.
Als Scheibe oder Kugel nanostrukturierte Metallfilme zeigen bei Resonanzweilenlängen lokalisierte Oberflächenplasmonen mit stark überhöhter Nahfeld-Amplitude, wenn die Nanostructured metal films in the form of disk or sphere exhibit localized surface plasmons with strongly inflated near field amplitudes at resonant lengths when the
lokalisierten Oberflächenplasmonen optisch angeregt werden. localized surface plasmons are optically excited.
Die Resonanzwellenlängen der lokalisierten The resonance wavelengths of the localized
Oberflächenplasmonen von als Scheibe oder Kugel Surface plasmons of as disk or sphere
nanostrukturiertem Gold, Kupfer, Silber und Platin liegen im sichtbaren Spektralbereich, Optisch anregbare lokalisierte Oberflächenplasmonen von nanostrukturiertem Aluminium liegen im UV-Spektralbereich. Nanostructured gold, copper, silver and platinum are in the visible spectral range. Optically excitable localized surface plasmons of nanostructured aluminum are in the UV spectral range.
Im Weiteren wird jede magnetfeldabhängige Änderung der In addition, each magnetic field-dependent change of
Polarisationseigenschaften von transmiftierten oder Polarization properties of transmuted or
reflektierten elektromagnetischen Wellen als magnetooptischer Effekt in strukturierten unmagnetischen Einzel- oder reflected electromagnetic waves as a magneto-optical effect in structured non-magnetic single or
Mehrschichtsystemen bezeichnet, wobei die magnetooptischen Effekte von der Größe und Richtung des Magnetfeldes am Ort der Einzelschichten des strukturierten unmagnetischen Einzeloder Mehrschichtsystems abhängt. Im Vakuum beträgt das Verhältnis der elektrischen und magnetischen Wechselfeld-Komponente von elektromagnetischen Weilen c0, wobei c0 der Ausbreitungsgeschwindigkeit Multilayer systems referred to, wherein the magneto-optical effects of the size and direction of the magnetic field at the location of the individual layers of the structured non-magnetic single or multilayer system depends. In vacuum, the ratio of the electric and magnetic alternating field component of electromagnetic We c c 0 , where c 0 of the propagation velocity
elektromagnetischer Wellen im Vakuum entspricht, corresponds to electromagnetic waves in vacuum,
c0 = 3 x 108 ms"1. Im sichtbaren Spektralbereich beträgt die Amplitude der elektrischen Wechselfeld- omponente c 0 = 3 x 10 8 ms "1 In the visible spectral range, the amplitude of the AC electric field component is
2,7 x IGT3 Vm""1 und der magnetischen Wechselfeld-Komponente 9 x 10"12 T. 2.7 x IGT 3 Vm "" 1 and the alternating magnetic field component 9 x 10 "12 T.
Fig. 1 zeigt auf beiden Seiten (rechts und links) den Aufbau eines als optisches Polarisationsgitter strukturierten Fig. 1 shows on both sides (right and left) the structure of a structured as an optical polarization grating
EinzelschichtSystems P der Dicke dP auf einer Grenzschicht bzw. einer Grenzfläche G, wobei diese auf einem Single-layer system P of thickness d P on a boundary layer or an interface G, wherein these on a
magnetisierbaren oder nicht magnetisierbaren Trägermaterial T der Dicke dr aufgebracht sind. Die magnetooptischen Effekte hängen von den Dielektrizitätseigenschaften ερ der magnetizable or non-magnetizable carrier material T of thickness d r are applied. The magneto-optical effects depend on the dielectric properties ε ρ of the
Einzelschicht P des s trukturierten EinzelschichtSystems , dem Einfallswinkel a, unter dem die elektromagnetischen Wellen auf das strukturierte EinzelschichtSystem treffen, und dem Magnetfeld H am Ort des strukturierten Einzelschichtsystems ab. Single layer P of the s structured single-layer system, the angle of incidence a, under which the electromagnetic waves strike the structured single-layer system, and the magnetic field H at the location of the structured single-layer system.
Für einzelne Verwendungen, beispielsweise für die Nutzung zur Bestimmung von magnetischen Gradientenfeldern, kann es sinnvoll sein, dass nur monochromatisches Licht, das in einem Monochromator 10 erzeugt wird, und optional anschließend im Polarisator 11 polarisiert wurde, verwendet wird. Die beiden Teile (rechts und links dargestellt} der Fig. 1 verdeutlichen, das die Dicke dE der Schicht P relevant für das Polarisationsergebnis der reflektierten For individual uses, for example for use in determining magnetic gradient fields, it may be meaningful that only monochromatic light generated in a monochromator 10 and optionally polarized subsequently in the polarizer 11 is used. The two parts (shown on the right and left) of FIG. 1 illustrate that the thickness d E of the layer P is relevant for the polarization result of the reflected light
elektromagnetischen Welle sein kann. Wie in Fig. 1 verdeutlicht, kann die Dicke dG der electromagnetic wave can be. As illustrated in FIG. 1, the thickness d G of the
Grenzschicht G, bestehend aus unstrukturiertem Boundary layer G, consisting of unstructured
magnetisierbaren oder aus unstrukturiertem unmagnetischen Material, auch relevant für das Polarisationsergebnis der reflektierten elektromagnetischen Welle sein. magnetizable or unstructured non-magnetic Material, also relevant to the polarization result of the reflected electromagnetic wave.
Fig. 2 zeigt auf beiden Seiten ( recht und links) jeweils den Aufbau eines als optisches Polarisationsgitter strukturierte Mehrschichtsystems. Das strukturierte Mehrschichtsystem umfasst einen optionalen Träger T und mindestens zwei strukturierte unmagnetische Einzel schichten ?, und eine Grenzschicht G. Die Dicken dieser Schichten und des Trägers werden mit dPi, dG, dT bezeichnet. Fig. 2 shows on both sides (right and left) respectively the structure of a patterned as an optical polarization grating multilayer system. The structured multilayer system comprises an optional support T and at least two structured non-magnetic individual layers 1, and a boundary layer G. The thicknesses of these layers and of the support are denoted by d Pi , d G , d T.
Analog zu Fig. 1 treffen elektromagnetische Wellen unter demAnalog to Fig. 1, electromagnetic waves under the
Einfallswinkel a auf die als optisches Polarisationsgitter strukturierte Einzeischicht Pi und werden mit dem Angle of incidence a on the structured as an optical polarization grating Einzeischicht Pi and are with the
Reflexionswinkel ' reflektiert und mit dem Brechungswinkel durch das Mehrschichtsystem transmittiert . Reflection angle 'reflected and transmitted with the angle of refraction through the multilayer system.
Die beiden Teile (recht und links ) der verdeutlichen beispielsweise, dass die Reihenfolge der Einzelschichten Pi relevant für das Polarisationsergebnis der reflektierten elektromagnetischen Welle sein kann. For example, the two parts (right and left) illustrate that the order of the individual layers Pi can be relevant for the polarization result of the reflected electromagnetic wave.
Es können eindimensionale Gitter {z.B. Liniengitter), eindimensionale Gitter {z.B. Kreuzgitter oder gekreuzte Gitter, oder sogenannte Fischgrätenmuster-Gitter) , und/oder zirkuläre Gitter (z.B. sogenannte zirkuläre Antennen) als optische Polarisationsgitter verwendet werden. One-dimensional gratings {e.g. Line grating), one-dimensional gratings {e.g. Cross gratings, or so-called herringbone grids), and / or circular gratings (e.g., so-called circular antennas) can be used as the optical polarization gratings.
Fig. 3 stellt verschiedene regelmäßig strukturierte Fig. 3 illustrates various regularly structured
Grundformen als optisches Polarisationsgitter strukturierter Einzelschichten P mit einem Basis-Element in der Basic forms as optical polarization lattice structured individual layers P with a base element in the
Einheitszelle in einem strukturierten Einzel- oder Unit cell in a structured single or
MehrSchichtsystem 2 in Draufsicht dar, wobei die Grenzfläche G in strukturierten Bereichen ohne Einzelschicht P erkennbar ist . Der linke Bereich verdeutlicht ein Gitter der Periode py, der mittlere Bereich ein Fischgrätenmuster der Perioden px und py und der rechte Bereich eine zirkuläre Antenne mit der Periode pr. Diese strukturierten Einzelschichten mit einem Basis-Element in der Einheits.zelle zeigen nur eine geringe bis keine Magnetfeidabhängigkeit der Ankopplung einfallender elektromagnetischer Wellen an die Plasmonen der strukturierten Einzelschicht. Beispielsweise zeigt als optisches Polarisationsgitter strukturiertes Aluminium mit der Gitterperiode py = 140nm (vgl, Fig. 3} keine More layer system 2 in plan view, wherein the interface G in structured areas without single layer P can be seen. The left-hand area illustrates a grid of the period p y , the middle area a herringbone pattern of the periods p x and p y, and the right-hand area a circular antenna the period p r . These structured monolayers with a base element in the unit cell exhibit only a low to no magnetic field dependence of the coupling of incident electromagnetic waves to the plaques of the structured monolayer. For example, structured aluminum with the grating period p y = 140 nm (cf. FIG. 3) shows no optical polarization grating
Magnetfeldabhängigkeit der Ankopplung einfallender Magnetic field dependence of the coupling incident
elektromagnetischer Wellen an die Plasmonen im Aluminium. electromagnetic waves to the plasmon in the aluminum.
Fig. 4 stellt verschiedene regelmäßig strukturierte Fig. 4 illustrates various regularly structured
Grundformen mit zwei Elementen in der Einheitszelle in den strukturierten Einzelschichten P in einem strukturierten Einzel- oder Mehrschichtsystem 2 in Draufsicht dar wobei die Grenzschicht G in strukturierten Bereichen ohne Einzelschicht P erkennbar ist. Der linke Bereich verdeutlicht ein Gitter der Periode py' , der mittlere Bereich ein Fischgrätenmuster der Perioden dx' und dy' und der rechte Bereich eine Basic forms with two elements in the unit cell in the structured individual layers P in a structured single or multi-layer system 2 in plan view wherein the boundary layer G in structured areas without single layer P can be seen. The left-hand area illustrates a grid of the period p y ', the middle area a herringbone pattern of the periods d x ' and d y 'and the right-hand area a
zirkulare Antenne mit der Periode dr' , Diese strukturierten Ei zelschichten zeigen eine g oße Ankopplung einfallender elektromagnetischer Wellen an die Plasmonen der Circular antenna with the period d r '. These structured egg layers show a good coupling of incident electromagnetic waves to the plasmon
strukturierten Einzelschicht und damit eine hohe structured single layer and thus a high
Magnetfeldabhängigkeit des Polarisationszustandes der transmi ttierten oder reflektierten elektromagnetischen Welle. Beispielsweise zeigt als Drahtgitter strukturiertes Aluminium mit einer Strukturbereite von weniger als 80 nm und einer Gitterperiode py> = 200 nm (vgl. Fig. 4) eine Magnetic field dependence of the polarization state of the transmi ttierten or reflected electromagnetic wave. For example, as a wire mesh, structured aluminum having a pattern width of less than 80 nm and a pitch period of p y > = 200 nm (see FIG
Magnetfeldabhängigkeit der Ankopplung einfallender Magnetic field dependence of the coupling incident
elektromagnetischer Wellen an die Plasmonen im Aluminium. electromagnetic waves to the plasmon in the aluminum.
Fig. 5 zeigt eine mögliche a) Reihenschaltung oder b) 5 shows a possible a) series connection or b)
Parallelschaltung aus einzelnen strukturierten Einzel- oder Mehrschichtsystemen, die beliebig erweitert werden und in der Plasmonen-Nanophotonik zum Einsatz kommen kann. Eine Parallel connection of individual structured single or multi-layer systems, which can be extended arbitrarily and used in plasmonic nanophotonics. A
Kombination von Reihenschaltungen mit Parallelschaltungen ist ebenfalls möglich. Die Elektronenbeweglichkeit in strukturierten unmagnetischen Metallschichten ist anisotrop und hängt außerdem von einem statisch festen oder dynamisch veränderlichen Magnetfeld am Ort der strukturierten unmagnetischen Metai Ischlchten ab. Combination of series connections with parallel connections is also possible. The electron mobility in structured nonmagnetic metal layers is anisotropic and also depends on a static or dynamically changing magnetic field at the site of the structured non-magnetic metal layers.
Die wichtigste treibende Kraft für Elektronen in als optische Polarisationsgitter strukturierte Metallschichten mit auftreffenden elektromagnetischen Wellen ist die Drift entlang der Richtung der elektrischen Wechselfeld-Komponente. The most important driving force for electrons in metal layers structured as optical polarization gratings with impinging electromagnetic waves is the drift along the direction of the alternating electric field component.
Auf der anderen Seite wirkt auf Elektronen in als optischeOn the other hand, electrons act as optical in
Polarisationsgitter strukturierte Metallschichten in einem großen statisch festen oder dynamisch veränderlichen Polarizing lattice structured metal layers in a large static fixed or dynamically changing
magnetischen Feld, beispielsweise von 4 x IQ"4 T eine starke Lorentz kra t i der Ebene senkrecht zur Richtung des statisch festen oder dynamisch veränderlichen magnetischen Feldes und die Elektronen folgen schraubenförmigen Pfaden entlang den Magnetfeldlinie . Es ist eine Joule 'sehe Erwärmung der strukturierten magnetic field, for example, of 4 x IQ "4 T a strong Lorentz kra ti the plane perpendicular to the direction of the static solid or dynamically changing magnetic field and the electrons follow helical paths along the magnetic field line.It is a Joule 'warming of the structured
Metallschichten zu erwarten, wenn ein statisch festes oder dynamisch veränderliches magnetisches Feld, an der Position der nanostrukturierten Metallfilme anliegt. Die Änderung der Polarisationseigenschaften der  Metal layers to be expected when a static or dynamically changing magnetic field, at the position of the nanostructured metal films is applied. The change of the polarization properties of
transmittierten oder reflektierten elektromagnetischen transmitted or reflected electromagnetic
Wellen hängt sowohl von der magnetfeldabhängigen Waves depends on both the magnetic field dependent
Elektronenbeweglichkeit als auch von Plasmonen-Effekten in den als optisches Polarisationsgitter strukturierten, unmagnetischen Einzel- oder Mehrschichtsystemen ab, Electron mobility as well as plasmonic effects in the structured as optical polarization grating, non-magnetic single or multi-layer systems,
Die Ursache für diese rr.agnetooptisehen Effekte ist eine magnetfeldabhängige Elektronenbeweglichkeit als auch die Plasmonen-Dispersion von Metallgitter sowie eine The cause of these magneto-optic effects is a magnetic field-dependent electron mobility as well as the plasmon dispersion of metal lattice and a
Verbreiterung der Resonanzfrequenzen, bei denen der in-planeBroadening of the resonant frequencies at which the in-plane
Wellenzahlvektor der einfallenden elektromagnetischen Welle an den in-plane Wel lenzahlvektor des Metallgitters koppeln kann . Wave number vector of incident electromagnetic wave can couple to the in-plane Wel number vector of the metal grid.
Die Plasmonen-Dispersion in strukturierten, unmagnetischen Metall schichten hängt von den. Eigenschaften des The plasmon dispersion in structured, non-magnetic metal layers depends on the. Properties of the
Dielektrizitätstensors der strukturierten, unmagnetischen Me li schichten und von den Eigenschaften des  Dielectric tensor of the structured, non - magnetic layers and of the properties of the
Dielektrizitätstensors des umgebenden Mediums ab. Dielectric tensor of the surrounding medium from.
Das Magnetfeld am Ort der strukturierten, unmagnetischen Einzelschichten des Einzel- oder Mehrschichtsystems kann beispielsweise ein externes Magnetfeld und/oder können The magnetic field at the location of the structured, non-magnetic individual layers of the single or multilayer system can, for example, be an external magnetic field and / or
Magnetgradientenfeider aus einem umgebenden magnetischen und/oder stromführenden Medium sein. Magnetgradientenfeider be from a surrounding magnetic and / or current-carrying medium.
So beträgt der magnetooptische Effekt 1° in So the magneto-optic effect is 1 ° in
nanostrukturierten Alaininiumgittern mit zwei Elementen in der Einheitszelle und einer Gitterperiodizität von 200 nm in einem de Magnetfeld von 0,4 T, nanostructured alaininium lattices with two elements in the unit cell and a lattice periodicity of 200 nm in a de magnetic field of 0.4 T,
Als umgebendes Medium für nanostrukturierte As a surrounding medium for nanostructured
Aluminiumschichten können beispielsweise Luft, Äl203 und/oder AlN verwendet werden. Aluminum layers can be used for example air, Äl 2 0 3 and / or AlN.
Aluminium ist das häufigste Metall in der Erdkruste, es macht 8 Gew, % der festen Erdoberfläche aus und ist das am weitesten verbreitete Nichteisenmetall in verschiedenen Bereichen des Transports und in Strukturmaterialien. Es wurde bereits gezeigt, dass Aluminium bis zu einer Temperatur von 1,2 K supraleitend ist. Aluminum is the most abundant metal in the earth's crust, accounting for 8% by weight of the solid earth surface, and is the most widely used non-ferrous metal in various transportation and structural materials. It has already been shown that aluminum is superconducting up to a temperature of 1.2 K.
Die physikalische Ursache für eine grundsätzlich schwache optische Anregung lokalisierter Oberflächenplasmonen ist die Fehlanpassung des in-plane-Wellenvektors einfallender elektromagnetischer Wellen und des in-plane-Wellenvektors der als optisches Polarisationsgitter nanostrukturierten The physical cause of a fundamentally weak optical excitation of localized surface plasmons is the mismatch of the in-plane wave vector of incident electromagnetic waves and the in-plane wave vector nanostructured as optical polarization gratings
Metallschichten, wobei der in-plane Wellenvektor der einfallenden elektromagnetischen Welle von dem Einfallswinkel der elektromagnetischen Welle abhängt. Davon ausgenommen sind starke optische Anregungen lokalisierter Oberflächenplasmonen für bestimmte Resonanzenergien der elektromagnetischen Welle. Metal layers, wherein the in-plane wave vector of incident electromagnetic wave depends on the angle of incidence of the electromagnetic wave. Excluded are strong optical excitations of localized surface plasmons for certain resonance energies of the electromagnetic wave.
Die Verwendung mehrerer Basiselemente in der Einheitszelle als optisches Polarisationsgitter nanostrukturierter The use of multiple base elements in the unit cell as a nanostructured optical polarization grating
unmagnetischer Metallschichten kann die optische Änregbarkeit lokalisierter Oberflächenplasmonen in diesen Nonmagnetic metal layers can the optical Aufregbarkeit localized surface plasmons in these
nanostrukturierten unmagnetischen Metallschichten verbessern. improve nanostructured non-magnetic metal layers.
Die Magnetfeldabhängigkeit von Plasmonen in The magnetic field dependence of plasmons in
nanostrukturierten unmagnetischen Metallschichten hängt von der plötzlichen Änderung der Permittivität der lokalisierten Oberflächenplasmonen über die Grenzfläche zwischen den nanostrukturierten Metallschichten und dem umgebenden Medium nanostructured non-magnetic metal layers depends on the sudden change in the permittivity of the localized surface plasmons across the interface between the nanostructured metal layers and the surrounding medium
Lokalisierte Oberflächenplasmonen ergeben sich aus den elektromagnetischen Randbedingungen an der Oberfläche der nanostrukturierten unmagnetischen Metallschichten und den wirksamen Rückstellkräften auf die Elektronen, die durch die elektrische Wechselfeld-Komponente der einfallenden Localized surface plasmons result from the electromagnetic boundary conditions at the surface of the nanostructured non-magnetic metal layers and the effective restoring forces on the electrons that are incident through the alternating electric field component
elektromagnetische Welle angetrieben werden. be driven electromagnetic wave.
Zusätzliche lokale Magnetfelder, z. B. ein externes Additional local magnetic fields, eg. B. an external
Magnetfeld, Magnetgradientenfelder aus dem umgebenden magneti sierbaren und/oder stromführenden Medium üben auch Antriebskräfte auf die Elektronen in den nanostruktu ierten unmagnetischen Metallschichten aus und ändern damit die Magnetic field, magnetic gradient fields from the surrounding magnetizable and / or current-carrying medium also exert driving forces on the electrons in the nanostructured nonmagnetic metal layers and thus change the
Resonanzenergie der optisch anregbaren lokalisierten Resonance energy of the optically excitable localized
Oberflächenplasmonen, welche sich in Form von Surface plasmons, which are in the form of
elektromagnetischen Wellen ausbreiten . propagate electromagnetic waves.
Die Ürsache für die magnetooptischen Effekte in als optische Polarisationsgitter strukturierten unmagnetischen The reason for the magneto-optical effects in nonmagnetic structured as optical polarization lattice
Metallschichten ist eine magnetfeldabhängige Metal layers is a magnetic field dependent
Elektronenbeweglichkeit . Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Einfallsebene des Lichtes in der x-z-Ebene (o.B.d.A.) liegen. Senkrecht polarisiertes Licht hat nur eine E-Feidkomponente in Electron mobility. According to various embodiments, the plane of incidence of the light may lie in the xz-plane (oBdA). Vertically polarized light has only one E-Feid component in
y-Richtung und parallel polarisiertes Licht hat eine y-direction and parallel polarized light has one
E-Feldkomponente in x-Richtung und in z-Richtung . Die E-field component in x-direction and in z-direction. The
Elektronen im Drahtgitter driften im E-Feld des Lichtes mit der Driftgeschwindigkeit v . Wird das Liniengitter von einem äußeren Magnetfeld d rchdrungen, werden die Elektronen aufgrund der Wirkung der Lorentzkraft FL ( Fz-q ( vxH) ) aus ihrer Driftrichtung abgelenkt. Electrons in the wire mesh drift in the E field of light with the drift velocity v. If the line grid is driven by an external magnetic field, the electrons are deflected out of their drift direction due to the effect of the Lorentz force F L (F z -q (vxH)).
In Abhängigkeit von der Richtung des Magnetfeldes entlang , y, z in Bezug auf die Driftrichtung {Bewegungsrichtung) der Elektronen entlang x , y, z und in Bezug auf die räumliche Ausdehnung des Drahtgitters entlang x,y,z, wird die Depending on the direction of the magnetic field along, y, z with respect to the drift direction (direction of movement) of the electrons along x, y, z and with respect to the spatial extent of the wire grid along x, y, z, the
Driftbewegung der Elektronen im Magnetfeld geändert. Drift movement of the electrons in the magnetic field changed.
Die Änderung der Driftbewegung in einem Magnetfeld kann beispielsweise als Verhältnis von parallel polarisiertemThe change in the drift motion in a magnetic field can be described, for example, as the ratio of parallel polarized
Licht rp zu senkrecht polarisiertem Licht rs gemessen werden. Light r p to perpendicular polarized light r s are measured.
Für ein eindimensionales Drahtgitter entlang y, ist das Verhältnis rp/rs für ein Magnetfeld entlang x stark erhöht, für ein Magnetfeld entlang y leicht erhöht und für ein For a one-dimensional wireframe along y, the ratio r p / r s for a magnetic field along x is greatly increased, for a magnetic field along y slightly increased and for a
Magnetfeld entlang z leicht erniedrigt. Magnetic field slightly reduced along z.
Für ein eindimensionales Drahtgitter entlang x, ist das Verhältnis rp/rs für ein Magnetfeld entlang x leicht For a one-dimensional wireframe along x, the ratio r p / r s for a magnetic field along x is light
erniedrigt, für ein Magnetfeld entlang y leicht erhöht und für ein Magnetfeld entlang z stark erhöht. lowered slightly for a magnetic field along y and greatly increased for a magnetic field along z.
Für den Nachweis der magnetooptischen Effekte in For the detection of magneto-optical effects in
nanostrukturierten unmagnetischen Einzel- oder nanostructured non-magnetic single or
Mehrschichtsystemen kann Mueller-Ma Irix Polarimetrie, eine Erweiterung der Standard-Spektraleilipsometrie, verwendet werden . Mueller-Matrix-Polarimetrie ermöglicht, zwischen Polarisation und Depola isation zu unterscheiden und jeden Multilayer systems can be used Mueller-Ma Irix polarimetry, an extension of standard spectral dilipsometry. Mueller matrix polarimetry makes it possible to differentiate between polarization and depolarization and each one
Polarisationszustand der transmittierten oder reflektierten elektromagnetischen Wellen zu detektieren. Polarization state of the transmitted or reflected electromagnetic waves to detect.
Die magnetooptischen Effekte in als Scheiben oder Kugeln nanostrukturierten unmagnetischen Metallschichten stellen eine neue Verbindung zwischen der optischen Anregung The magneto-optic effects in nanostructured nonmagnetic metal layers as disks or spheres provide a new link between optical excitation
lokalisierter Oberflächenplasmonen mit steuerbaren isolated surface plasmons with controllable
Magnetfeldern an der Position der nanostrukturierten Magnetic fields at the position of the nanostructured
Metallschichten dar. Metal layers.
Die magnetooptischen Effekte in als ein Gitter The magneto-optical effects in as a grid
nanostrukturierten unmagnetischen Metallschichten stellen eine neue Verbindung zwischen der optischen Anregung des Drifts von Elektronen entlang der Richtung der elektrischen Wechselfeld-Komponente der auftreffenden elektromagnetischen Wellen mit der magnetfeldabhängigen Elektronenbeweglichkeit an der Position der nanostrukturierten Metallschichten dar. Nanostructured non-magnetic metal layers provide a new link between the optical excitation of the drift of electrons along the direction of the alternating electric field component of the impinging electromagnetic waves with the magnetic field-dependent electron mobility at the position of the nanostructured metal layers.
Ein Magnetfeld an der Position der strukturierten A magnetic field at the position of the structured
unmagnetischen Metallschichten kontrolliert die non-magnetic metal layers controls the
Plasmonendispersion in den strukturierten unmagnetischen Metallschichten . Plasmon dispersion in structured nonmagnetic metal layers.
Die Aufgabe wird gelöst durch Verwendung eines strukturierten unmagnetischen Einzel- oder Mehrschichtsystems 2 optional auf einem magnetisierbaren oder nicht magnctisierbaren The object is achieved by using a structured nonmagnetic single or multilayer system 2 optionally on a magnetizable or non-magnetizable
Trägermaterial T, zur definierten magnetfeldabhängigen Carrier material T, for defined magnetic field dependent
Änderung des Polarisationszustandes der einfallenden Change in the polarization state of the incident
elektromagnetischen Welle nach Transmission oder Reflexion durch das Einzel- oder Mehrschichtsystem 2, electromagnetic wave after transmission or reflection by the single or multi-layer system 2,
Beispielsweise kann eine als Gitter strukturierte For example, a structured as a grid
Aluminiumschicht mit einer Höhe von 225 nm und einer Periode py'=200 nm (vgl, Abb. 4} auf einem Glasträger verwendet werden . Aluminum layer with a height of 225 nm and a period p y ' = 200 nm (cf., Fig. 4) can be used on a glass slide.
Die erfindungsgemäße Anordnung umfasst mindestens eine strukturierte unmagnetische Einzelschicht P mit einer Dicke di, die optional auf einem, magnetisi erbaren oder nicht magnetisierbaren Trägermaterial T aufgebracht sein kann, zur definierten magnetfeldabhängigen Kopplung der einfallenden elektromagnetischen Melle an das strukturierte Einzel- oder Mehrschichtsystem 2, wobei der Polarisationszustand der reflektierten oder transmittierten elektromagnetischen Wellen in Abhängigkeit ihrer Energie durch die Strukturierung und das Material der Einzelschichten des Einzel- oder The arrangement according to the invention comprises at least one structured non-magnetic single layer P with a thickness di, which can optionally be applied to a magnetizable or non-magnetizable carrier material T, for the defined magnetic-field-dependent coupling of the incident electromagnetic Melle to the structured single or multi-layer system 2, wherein the Polarization state of the reflected or transmitted electromagnetic waves as a function of their energy through the structuring and the material of the individual layers of the single or
Mehrschichtsystems und durch das Magnetfeld Hi am Ort der strukturierten Einzelschicht Pi manipuliert bzw. moduliert wird . Multilayer system and by the magnetic field Hi at the site of the structured single layer Pi is manipulated or modulated.
Die Prozessierung der erfindungsgemäßen Anordnung erfolgt auf der Mikro- oder Nanometerskale . The processing of the arrangement according to the invention takes place on the micro or nanometer scale.
Die strukturierte Einzelschicht Pi weist lokalisierte The structured single layer Pi has localized
Oberflächenpolaritonen SPi im Spektralbereich der Surface polarites SPi in the spectral range of the
einfallenden elektromagnetischen Wellen auf und die incident electromagnetic waves on and the
Eigenschaften der lokalisierten Oberflächenpolaritonen SPi hängen von dem Magnetfeld Hi am Ort der strukturierten Properties of the localized surface polarites SPi depend on the magnetic field Hi at the site of the structured
Einzelschicht Pi ab. Das Magnetfeld Hj. kann zeitlich konstant oder veränderlich sein.  Single layer Pi from. The magnetic field Hj. Can be constant over time or variable.
Die Elektronen in der als Gitter strukturierten Einzelschicht Pi weisen eine magnetfeldabhängige Beweglichkeit auf. Die magnetfeldabhängige Lorenzkraft reduziert die The electrons in the lattice-structured single layer Pi have a magnetic-field-dependent mobility. The magnetic field dependent Lorenzkraft reduces the
Elektrcnenbeweglichkei senkrecht z m Drahtgitter, wenn mindestens ein Basiselement eine Breite hat, welche im Electromechanical movement perpendicular to the wire mesh, if at least one base element has a width, which in
Bereich der freien Weglänge der Elektronen liegt. Range of free path of the electrons lies.
Beispielsweise beträgt die Breite der beiden Basiselemente in einer als Gitter strukturierten Aluminiumschicht mit einer Höhe von 225 nm und einer Periode py> = 200 nm (vgl. Äbb. 4} auf einem Glasträger jeweils 60 nm oder weniger als 80 nm, z.B. weniger als 60 nm, z.B. weniger als 40 nm. Dieses Gitter zeigt magnetooptische Effekte, For example, the width of the two base elements in a grid-structured aluminum layer with a Height of 225 nm and a period p y > = 200 nm (see Fig. 4) on a glass substrate in each case 60 nm or less than 80 nm, for example less than 60 nm, for example less than 40 nm. This grating shows magneto-optical effects,
Beispielsweise beträgt die Breite des Basiselementes in einer als Drahtgitter strukturierten Aluminiumschicht mit einer Höhe von 150 nm und einer Periode py = 140 nm (vgl. Fig. 3) auf einem Glasträger jeweils 80 nm, wobei dieses Gitter beispielsweise keine magnetooptischen Effekte zeigt. By way of example, the width of the base element in an aluminum layer structured as a wire mesh with a height of 150 nm and a period p y = 140 nm (see Fig. 3) on a glass substrate is 80 nm in each case, this lattice showing no magneto-optical effects, for example.
Der Dielektrizitätstensor ι bestimmt die Eigenschaften der lokalisierten Oberflächenplasmonen der strukturierten The dielectric tensor 5Ρ ι determines the properties of the localized surface plasmons of the structured
{unmagnetischen) Einzeischicht Pi und hängt von dem {non-magnetic) single-layer Pi and depends on the
Magnetfeld ü± am Ort der strukturierten Einzelschicht Pi ab. Magnetic field ü ± at the location of the structured single layer Pi.
Der Spektralbereich der lokalisierten Oberflächenpolaritonen SP,,, ist durch die Strukturierung und durch die Eigenschaften der Oberflächenplasmonen der strukturierten Einzelschicht Pi bestimmt. The spectral range of the localized surface polarites SP ,, is determined by the structuring and by the properties of the surface plasmons of the structured single layer Pi.
Das strukturierte Mehrschichtsystem 2 umfasst mindestens eine strukturierte unmagnetische Einzelschichten Pi mit The structured multilayer system 2 comprises at least one structured non-magnetic individual layers Pi
unterschiedlicher Magnetfeldabhängigkeit der different magnetic field dependence of
Oberflächenpolaritonen SPi und mindestens eine Surface polarites SPi and at least one
magnetisierbare Einzelschicht Sj mit magnetooptischer magnetizable single layer S j with magneto-optical
Kopplungs konstante Qj . Coupling constant Q j .
Die erfindungsgemäße Anordnung kann zur zerstörungsf eien Messung des Magnetfeldes Hi in allen strukturierten The arrangement according to the invention can be used for the destructive measurement of the magnetic field Hi in all structured
Einzelschichten P, Pi des strukturierten Einzel- oder  Single layers P, Pi of the structured single or
Mehrschichtsystems 2 unter Nutzung der gemessenen Multilayer system 2 using the measured
Eigenschaften ( Polarisations zustände 12 und 13 und der Properties (polarization states 12 and 13 and the
Wellenlänge λ) der einfallenden elektromagnetischen Wellen bzw. der vom strukturierten Einzel- oder Mehrschichtsystem 2 reflektierten oder transmittierten elektromagnetischen Welle verwendet werden. Weiterhin kann mit dem strukturierten Einzel- oder Wavelength λ) of the incident electromagnetic waves or the electromagnetic wave reflected or transmitted by the structured single or multi-layer system 2. Furthermore, with the structured single or
Mehrschichtsystem 2 unter Nutzung des Dielektrizitätstensors i , εΡ ί jeder Einzelschicht P, Ρχ des strukturierten Einzel- oder Mehrschichtsystems 2 und der Eigenschaften der Multilayer system 2 using the dielectric tensor i, ε Ρ ί each single layer P, Ρχ of the structured single or multi-layer system 2 and the properties of
einfallenden elektromagnetischen Wellen (Wellenlänge λ und Polarisationszustand 12} der Polarisationszustand incident electromagnetic waves (wavelength λ and polarization state 12} the polarization state
(Polarisationsgrad, Poiarisationsrichtung, und/oder (Degree of polarization, Poiarisationsrichtung, and / or
Chiraiität ) der reflektierten und transmittierten Chiraiität) of the reflected and transmitted
elektromagnetischen Welle bestimmt werden. electromagnetic wave can be determined.
Weiterhin können Einzelschichten P, Pi des strukturierten Einzel- und Mehrschichtsystems 2 einen räumlichen Überlapp aufweisen (vgl. beispielsweise Fig. 2} . Beispielsweise ist die obere Seite de Einzelschiebt Pn vom Material der darüberliegenden Einzelschicht i teilweise ausgefüllt. Furthermore, individual layers P, Pi of the structured single and multilayer system 2 may have a spatial overlap (cf., for example, FIG. 2) .For example, the upper side of the single-push P n is partially filled by the material of the overlying single layer i.
Eine weitere Verwendung ist die zeitlich konstante oder veränderliche Modulierung der Polarisationseigenschaften der einfallenden elektromagnetischen Welle, indem am Ort der strukturierten Einzelschichten P, das Magnetfeld Hi Another use is the temporally constant or variable modulation of the polarization properties of the incident electromagnetic wave by the magnetic field Hi at the location of the structured individual layers P
kontrolliert zeitlich veränderlich eingestellt wird. controlled in a time-varying manner.
Das strukturierte Einzel- oder Mehrschichtsystem kann damit als magnetooptischer Sensor, Speicher oder Modulator The structured single or multi-layer system can thus be used as a magneto-optical sensor, memory or modulator
verwendet werden. be used.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung können magnetooptischen Effekte in strukturierten unmagnetischen Einzel- oder With the inventive arrangement, magneto-optical effects in structured non-magnetic single or
Mehrschichtsystemen kontrolliert werden. Ein hauptsächlicher Vorteil ist, dass bei den Einsatzmöglichkeiten der mit diesem Verfahren hergestellten Anordnung die Anforderungen an die spezifischen magnetooptischen Effekte des Einzel- bzw. Multilayer systems are controlled. A major advantage is that in the applications of the arrangement produced by this method, the requirements for the specific magneto-optical effects of the individual or
Möhrschichtsystem bezüglich Einfallswinkel des Lichtes, Polarisations zustand des Lichtes, Frequenz des Lichtes , Magnetfeld am Ort des unmagnetischen Einzel- oder Carrot layer system with respect to angle of incidence of light, polarization state of light, frequency of light, magnetic field at the location of the non-magnetic single or
Mehrschichtsystems berücksichtigt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine einfache Einstellung der gewünschten Ziel-Polarisation, Die erfindungsgemäße Anordnung kann zur Messung des Multilayer system are taken into account. The inventive method allows easy adjustment of the desired target polarization, the inventive arrangement can be used to measure the
Magnetfeldes am Ort der strukturierten unmagnetischen  Magnetic field at the site of the structured non-magnetic
Einzelschicht sowie zur Bestimmung der Magnetisierung einzelner strukturierter unmagnetischer Einzelschichten verwendet werden. Single layer and to determine the magnetization of individual structured non-magnetic monolayers are used.
Eine weitere Einsatzmöglichkeit des Verfahrens ist die zielgerichtete magnetooptische Modulation einzelner Another possible use of the method is the targeted magneto-optical modulation of individual
Wellenlängen sowie die magnetooptische Modulation mehrerer Wellenlängen des einfallenden Lichts durch Reihen- bzw. Wavelengths and the magneto-optical modulation of several wavelengths of the incident light by series or
Parallelschaltung mehrerer dieser Anordnungen für einzelne Wellenlängenbereiche . Parallel connection of several of these arrangements for individual wavelength ranges.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die optimale The inventive method allows the optimal
Auslegung von strukturierten Einzel- oder  Interpretation of structured single or
Mehrschichtsystemen. Multilayer systems.
Ein nanostrukturiertes Aluminiumgitter kann ein neues A nanostructured aluminum grid can be a new
Sicherheitsmerkmal für Banknoten darstellen. Durch das Represent security feature for banknotes. By the
Aufbringen des nanostrukturierten Aluminiumgitters auf Applying the nanostructured aluminum grid on
Banknoten wird das Fälschen von Banknoten erheblich erschwert oder gar unmöglich gemacht. Banknotes make the forgery of banknotes considerably more difficult or even impossible.
Die Nanostruktur de Aluminiumgitters bezüglich Basis, The nanostructure of aluminum lattice with respect to base,
Gridbreite und Gridhöhe der Basiselemente, Periodizität sowie Material des umgebenden Mediums bestimmen die Änderung des Polarisationszustandes einer an dem nanostrukturierten Grid width and grid height of the base elements, periodicity and material of the surrounding medium determine the change of the polarization state of one at the nanostructured
Aluminiumgitter reflektierten elektromagnetischen Weile, wobei mindestens der beleuchtete Bereich des Aluminum grille reflected electromagnetic while, leaving at least the illuminated area of the
nanostrukturierten Aluminiumgitters in einem homogenen nanostructured aluminum grid in a homogeneous
Magnetfeld liegt. Beispielsweise kann das Magnetfeld in einem miniaturisierten Elektromagneten erzeugt werden, wobei die Banknoten zum Magnetic field is. For example, the magnetic field can be generated in a miniaturized electromagnet, the banknotes to the
Testen in das Zentrum des Elektromagneten gebracht und mit einer elektromagnetischen Welle unter einem Einfallswinkel am Ort des nanostrukturierten Aluminiumgitters bestrahlt werden. Testing be placed in the center of the electromagnet and irradiated with an electromagnetic wave at an angle of incidence at the site of the nanostructured aluminum grid.
Es können auch andere nanostrukturierte unmagnetische It can also be other nanostructured nonmagnetic
Metallgitter, beispielsweise Au, Ag, Cu, Pt, oder Metal mesh, for example Au, Ag, Cu, Pt, or
strukturierte MehrschichtSysteme bestehend aus unmagnetischen und magnetischen Einzelschichten verwendet werden. structured multilayer systems consisting of nonmagnetic and magnetic single layers can be used.
Nanostrukturierte Aluminiumgitter können an der Karosserie von Fahrzeugen unterhalb des Türgriffes angebracht werden. In den Ländern mit Rechtsverkehr empfiehlt es sich, das Nanostructured aluminum grilles can be attached to the bodywork of vehicles below the door handle. In countries with legal relations it is recommended that the
nanostrukturierte Aluminiumgitter auf der rechten Seite der Karosserie sowie ein Detektorsystem auf der linken Seite der Karosserie anzubringen. Nanostructured aluminum grille on the right side of the body and a detector system on the left side of the body to install.
Das lokale Magnetfeld Hi am Ort der nanostrukturierten unmagnetischen Einzelschicht Pj. ist durch das magnetisierbare und/oder stromdurchflossene Material des umgebenden Mediums bestimmt. Durch Richtungsänderung des Stromflusses zur The local magnetic field Hi at the site of the nanostructured nonmagnetic single layer Pj . is determined by the magnetizable and / or current-carrying material of the surrounding medium. By changing the direction of the current flow to
Erzeugung des lokalen Magnetfeldes ΗΑ werden die Generation of the local magnetic field Η Α become the
magnetooptischen Effekte des nanostrukturierten magneto-optical effects of the nanostructured
Aluminiumgitters elektromagnetisch geschalten. Das an der linken Seite der Karosserie eines anderen zur Detektion verwendeten Fahrzeuges angebrachte DetektorSystem arbeitet vorzugsweise mit einem IR-Diodenlaser . Das beobachtende Fahrzeug detektiert die Reflexion des IR- Lichtes an dem nanostrukturierten Aluminiumgitter des zu beobachtenden Fahrzeuges vorzugsweise unter einem Ein allsund Reflexionswinkel von 45°, Die Plasmonen-Nanophotonik hat damit Auswirkungen auf eine Vielzahl von Bereichen, wie Elektronik, Photonik, Chemie ,Aluminum grid electromagnetically switched. The detector system mounted on the left side of the body of another vehicle used for detection preferably operates with an IR diode laser. The observing vehicle preferably detects the reflection of the IR light on the nanostructured aluminum grid of the vehicle to be observed at a 45 ° angle of reflection and reflection. The plasmon nanophotonics thus has effects on a large number of fields, such as electronics, photonics, chemistry,
Biologie und Medizin. Beispielsweise ist eine weitere Anwendung die Biology and medicine. For example, another application is the
Nanostrukturierung von verschieden geformten (konkav, konvex, parabolisch) Metall-Spiegeln mit mehreren Basiselementen in der Elementarzelle.  Nanostructuring of differently shaped (concave, convex, parabolic) metal mirrors with several basic elements in the unit cell.
Das berührungslose Sensorprinzip der Magnetooptik eröffnet Möglichkeiten zur Kostenreduktion für die Bereiche der The non-contact sensor principle of magneto optics opens up possibilities for cost reduction for the areas of
Systeminstallation und -Wartung in der Informationstechnik, der Fahrzeugtechnik, dem Maschinenbau und der Medizintechnik. System installation and maintenance in information technology, vehicle technology, mechanical engineering and medical technology.
Der magnetooptische Effekt in nanostrukturierten The magneto-optic effect in nanostructured
unmagnetischen Metallschichten ermöglicht außerdem die non-magnetic metal layers also allows the
Optimierung polarisierender optischer Element in Transmission und in Reflexion, Optimization of polarizing optical element in transmission and reflection,
Gemäß verschiedenen Ausfuhrungsformen kann ein According to various embodiments, a
strukturiertes, unmagnetisches Einzel- oder Mehrschichtsystem 2 zur magnetfeldabhängigen Manipulation bzw. Modulierung von einfallenden elektromagnetischen Wellen, Folgendes aufweisen: mindestens eine strukturierte unmagnetische Einzelschicht Pi mit einer Dicke di, die optional auf einem magnetisierbaren oder nicht magnetisierbaren Trägermaterial T aufgebracht sein kann, zur definierten magnetfeldabhängigen Kopplung der einfallenden elektromagnetischen Welle an das strukturierte Einzel- oder Mehrschichtsystem 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Polarisaticns zustand der reflektierten oder structured, non-magnetic single or multi-layer system 2 for magnetic field-dependent manipulation or modulation of incident electromagnetic waves, comprising: at least one structured non-magnetic single layer Pi having a thickness di, which may optionally be applied to a magnetizable or non-magnetizable support material T, the defined magnetic field dependent Coupling of the incident electromagnetic wave to the structured single or multi-layer system 2, characterized in that the Polarisaticns state of the reflected or
transmittierten elektromagnetischen Wellen in Abhängigkeit ihrer Energie durch die Strukturierung und das Material der Einzelschichten des Einzel- oder Mehrschichtsystems und durch das Magnetfeld Hi am Ort der strukturierten Einzelschicht Pi manipuliert bzw. moduliert werden kann. Transmitted electromagnetic waves can be manipulated or modulated as a function of their energy by the structuring and the material of the individual layers of the single or multilayer system and by the magnetic field Hi at the location of the structured single layer Pi.
Gemäß verschiedenen Aus führungs formen kann ein strukturiertes Einzel- oder Mehrschichtsystem 2 dadurch gekennzeichnet sein, dass die strukturierte Einzelschicht Pi lokalisierte According to various embodiments, a structured single or multi-layer system 2 may be characterized in that the structured single layer Pi has been located
Oberfiächenpoiaritonen S i im Spektralbereich der einfallenden elektromagnetischen Wellen aufweist und dass die Eigenschaften der lokalisierten Oberflächenpolaritonen SP± von dem Magnetfeld Iii am Ort der strukturierten Einzelschicht Pj abhängen, , wobei das Magnetfeld H± zeitlich konstant oder zeitlich veränderlich sein kann. Oberfiächenpoiaritonen S i in the spectral range of has incident electromagnetic waves and that the properties of the localized surface polarites SP ± depend on the magnetic field Iii at the location of the structured single layer Pj, wherein the magnetic field H ± may be temporally constant or temporally variable.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein strukturiertes Einzel- oder Mehrschichtsystem 2 dadurch gekennzeichnet sein, dass die Periodizität der Strukturierung auf der Mikro- oder Nanometerskale liegen und dass die Einheitszelle mehrere Basiselemente enthält. According to various embodiments, a structured single or multi-layer system 2 may be characterized in that the periodicity of the patterning is on the micro or nanometer scale and that the unit cell contains several basic elements.
Gemäß verschiedenen Ausführungs formen kann ein strukturiertes Einzel- oder MehrschichtSystem 2 dadurch gekennzeichnet sein, dass der Dielektrizitätstensor sSP und dass die According to various embodiments, a structured single or multi-layer system 2 may be characterized in that the dielectric tensor sSP and that the
Eigenschaften der lokalisierten Oberflächenplasmonen der strukturierten Einzelschicht Pi von dem Magnetfeld H am Ort der strukturierten Einzelschicht Pi abhängen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein strukturiertes Einzel- oder Mehrschichtsystem 2 dadurch gekennzeichnet sein, dass der Spektralbereich mit lokalisierten  Properties of the localized surface plasmons of the structured single layer Pi depend on the magnetic field H at the location of the structured single layer Pi. According to various embodiments, a structured single or multi-layer system 2 may be characterized in that the spectral range is localized with
Oberflächenpolaritonen SP-L durch die Strukturierung und durch die Eigenschaften der Oberflächenplasmonen der strukturierten Einzelschicht P± bes immt ist .  Surface polarites SP-L is due to the patterning and the properties of the surface plasmons of the structured single layer P ±.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein strukturiertes Einzel- oder Mehrschichtsystem 2 dadurch gekennzeichnet sein, dass das strukturierte Mehrschichtsys eir. 2 mindestens eine strukturierte unmagnetische Einzeischicht Pi mit According to various embodiments, a structured single or multi-layer system 2 may be characterized in that the structured Mehrschichtsys eir. 2 at least one structured non-magnetic single layer Pi with
unterschiedlicher Magnetfeldabhängigkeit der different magnetic field dependence of
Oberflächenpolaritonen SP, und mindestens eine Surface polarites SP, and at least one
magnetisierbare Einzelschicht Sj mit magnetooptischer magnetizable single layer S j with magneto-optical
Kopplungskonstante Q enthält, Contains coupling constant Q,
Gemäß ve schiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zurAccording to various embodiments, a method for
Vorhersage des Polarisationszustandes der reflektierten oder transmittierten elektromagnetischen Welle des strukturierten Einzel- oder Mehrschichtsystems 2 unter Verwendung des Prediction of the polarization state of the reflected or transmitted electromagnetic wave of the structured single or multi-layer system 2 using the
Dielektrizitätstensors ερ, εΡι jeder Einzelschicht P, P± des strukturierten Einzel- oder Mehrschichtsystems 2 in Dielectric tensor ε ρ , ε Ρ ι each individual layer P, P ± of the structured single or multi-layer system 2 in
Abhängigkeit von den Eigenschaften Wellenlänge λ und Dependence on the properties wavelength λ and
Polarisationszustand 12 der einfallenden elektromagnetischen Wellen erfolgen.  Polarization state 12 of the incident electromagnetic waves take place.
Gemäß verschiedenen Äusführungsformen kann das strukturierte Einzel- oder Mehrschichtsystem 2 zur zerstörungsfreien According to various embodiments, the structured single or multi-layer system 2 may be non-destructive
Messung des Magnetfeldes Hi in allen strukturierten Measurement of the magnetic field Hi in all structured
Einzelschichten P, Pi des strukturierten Einzel- oder Single layers P, Pi of the structured single or
Mehrschichtsystems 2 verwendet werden, unter Verwendung der gemessenen Eigenschaften { Polarisations ustände 12 und 13 und der Wellenlänge λ} der einfallenden elektromagnetischen Wellen bzw. der vom strukturierten Einzel- oder Multilayer system 2 can be used, using the measured properties {polarization states 12 and 13 and the wavelength λ} of the incident electromagnetic waves or of the structured single or
Mehrschichtsystem 2 reflektierten oder transmittierten elektromagnetischen Welle. Gemäß verschiedenen Äusführungsformen kann das strukturierte Einzel- oder Mehrschichtsystem 2 zur zeitlich konstanten oder veränderlichen Modul ierung der Polarisationseigenschaften der einfallenden elektromagnetischen Welle verwendet werde . Gemäß verschiedenen Äusführungsformen kann das strukturierte Einzel- oder Mehrschichtsystem 2 zur magnetooptischen Multilayer system 2 reflected or transmitted electromagnetic wave. According to various embodiments, the structured single or multi-layer system 2 may be used for temporally constant or variable modulation of the polarization properties of the incident electromagnetic wave. According to various embodiments, the structured single or multi-layer system 2 can be used for magneto-optical
Speicherung durch Manipulation der Ausbreitung Storage by manipulating the spread
elektromagnetischer Wellen verwendet werden und dadurch gekennzeichnet sein, dass ein statisches Magnetfeld Hi in der strukturierten unmagnetischen Einzel schi cht Pi des Einzeloder MehrschichtSystems 2 durch das magnetische Streufeld einer magnetisierbaren Einzelschicht Sj in der Umgebung der strukturierten unmagnetischen Einzelschicht Pi erzeugt wird. Gemäß verschiedenen Aus führungs formen kann das strukturierte Einzel- oder MehrschichtSystem 2 als magnetooptischer Sensor, raagnetooptischer Modulator oder als raagnetooptischer Speicher verwendet werden. electromagnetic waves can be used and be characterized in that a static magnetic field Hi in the structured non-magnetic Einzelschi cht Pi of the single or multilayer system 2 is generated by the stray magnetic field of a magnetizable single layer Sj in the vicinity of the structured non-magnetic single layer Pi. According to various embodiments, the structured single or multi-layer system 2 may be designed as a magneto-optical sensor, raagneto-optical modulator or be used as a raagneto-optical memory.
Fig, 6A zeigt jeweils rechts und links eine als optisches Polarisationsgitter strukturierte Einzelschicht P der Dicke dp, wobei diese beispielsweise direkt auf einem FIG. 6A shows, on the right and left, a single layer P of thickness dp, which is structured as an optical polarization grating and which, for example, lies directly on a
magnetisierbaren oder nicht magnetisierbaren Träger T (z.B.. Substrat oder Wafer) der Dicke dT aufgebracht ist. Dabei kann zumindest ein Teil der Einzelschicht P strukturiert sein, beispielsweise ein Oberflächenbereich der Einzelschicht P. magnetizable or non-magnetizable carrier T (for example, substrate or wafer) of thickness d T is applied. In this case, at least a part of the individual layer P can be structured, for example a surface region of the single layer P.
Fig. 6B zeigt jeweils rechts und links eine als optischesFig. 6B shows right and left respectively as optical
Polarisationsgitter strukturierte Mehrschichtsystem Ρη, P_, Pn der Dicke d?i, dPi , dP.,, wobei die unterste Schicht Pn der mehreren Schichten beispielsweise direkt auf einem Polarization grating structured multi-layer system Ρη, P_, P n of thickness d? I, d Pi , d P , ,, wherein the lowermost layer P n of the plurality of layers, for example, directly on a
magnetisierbaren oder nicht magnetisierbaren Träger T (z.B. Substrat oder Wafer) der Dicke dT aufgebracht ist. Dabei kann zumindest ein Teil jeder der mehreren Schichten Ρχ, P±, Pn strukturiert sein, beispielsweise ein Oberflächenbereich jeder der mehreren Schichten P1? Pif Pn. magnetizable or non-magnetizable carrier T (eg substrate or wafer) of thickness d T is applied. In this case, at least a part of each of the multiple layers Ρχ, P ±, P n may be structured, for example a surface area of each of the plurality of layers P 1? P if P n .
Wie ferner in Fig.6C veranschaulicht ist kann die As further illustrated in Fig. 6C, the
strukturierte Schicht mehrere Strukturelemente aufweisen, die das Polarisationsgitter P bilden, wobei die mehrere structured layer having a plurality of structural elements forming the polarization grating P, wherein the plurality
Strukturelemente auf dem Träger T angeordnet sind oder Teil des Trägers sind. Die Strukturelemente können eine Structural elements on the support T are arranged or are part of the carrier. The structural elements can be a
Strukturbreite B von kleiner als ungefähr 80 nm aufweisen und beispielsweise Aluminium (oder ein anderes Metall wie Gold, Silber, Platin) aufweisen oder aus Aluminium (oder aus einem anderen Metall wie Gold, Silber, Platin) bestehen. Bezugszeichenliste : Have structure width B of less than about 80 nm and, for example, aluminum (or another metal such as gold, silver, platinum) or consist of aluminum (or of another metal such as gold, silver, platinum). List of reference numbers:
Magnetisierbares Einzel- bzw. Mehrschichtsystem Strukturiertes unmagnetisches Einzel- oderMagnetisable single or multi-layer system Structured non-magnetic single or multi-layer system
2 2
Mehrschichtsystem  Multilayer system
Monochromator  monochromator
Polarisator  polarizer
Polarisationszustand vor der Wechselwirkung mit Polarization state before interaction with
12 12
1, 2  1, 2
Polarisationszustand nach der Wechselwirkung Polarization state after the interaction
13 13
mit 1, 2  with 1, 2
14 Analysator oder weitere Einsatzmöglichkeiten  14 Analyzer or other applications
Magnetisierbares Material mit nicht 20  Magnetizable material with not 20
planparallelen Grenzflächen  plane-parallel interfaces
Material, in welches das magnetisierbare  Material into which the magnetizable
21  21
Material 22 eingebettet ist  Material 22 is embedded
Segment mit planparallelen Grenzflächen  Segment with plane-parallel interfaces
Grenzfläche , Grenzschicht bestehend aus unstrukturiertem magnetisierbarem oder unstrukturiertem unmagnetischem Material  Interface, boundary layer consisting of unstructured magnetizable or unstructured non-magnetic material
Trägermaterial  support material
Strukturierte, magnetisierbare Schicht Strukturierte unmagnetische Schicht kartesisches Koordinatensystem  Structured magnetizable layer Structured non-magnetic layer Cartesian coordinate system
z  z
dT Dicke des Trägermaterial d T thickness of the support material
dG Di cke Grenzfläche d G thickness interface
di Dicke magnetisierbaren Schicht  di thickness magnetizable layer
a, Einfalls-, Reflexionswinkel  a, incidence, reflection angle
B Brechungswinkel  B refraction angle
H, Hi Externes Magnetfeld  H, Hi External magnetic field
M, Mi Magnetisierung der Schicht Sj  M, Mi magnetization of the layer Sj
Magnetooptischer Dielektrizitätstensor der ε.3 Magneto-optic dielectric tensor ε. 3
Schicht Si  Layer Si
Dielektrizitätstensor der Schicht Pi Dielektrizitätstensor des Trägers T Brechungsindex und Absorptionsindex der Schicht Si Dielectric tensor of the layer Pi Dielectricity tensor of the carrier T Refractive index and absorption index of the layer Si
Magnetooptische Kopplungskonstante der Schicht Si  Magneto-optic coupling constant of the layer Si
Brechungsindex und Äbsorptionsindex der Schicht  Refractive index and absorption index of the layer

Claims

Patentansprüche claims
1. Schichtstruktur (2) zur magrietfeldabhängigen 1st layer structure (2) for magrietfeldabhängigen
Manipulation oder Modulierung von einfallenden  Manipulation or modulation of incidental
elektromagnetischen Wellen, das Schichtsystem (2) aufweisend:  electromagnetic waves, the layer system (2) comprising:
• einen Träger;  • a carrier;
• mindestens eine auf dem Träger angeordnete Schicht, wobei die mindestens eine Schicht (Pi) ein derartiges Material aufweist und derart strukturiert ist, dass ein Polarisationszustand einer mittels der mindestens einen strukturierten Schicht reflektierten oder transmittierten elektromagnetischen Welle manipuliert oder moduliert wird basierend auf einer anisotropen und magnetfeldabhängigen Elektronenbeweglichkeit in strukturierten unmagnetischen Metallschichten; At least one layer arranged on the carrier, wherein the at least one layer (Pi) comprises such a material and is structured such that a polarization state of an electromagnetic wave reflected or transmitted by the at least one structured layer is manipulated or modulated based on anisotropic and magnetic field-dependent electron mobility in structured non-magnetic metal layers;
• wobei die mindestens eine strukturierte Schicht (Pi) ein optisches Polarisationsgitter mit einem Basiselement oder mit mehreren Basiselementen aufweist, und Wherein the at least one structured layer (Pi) has an optical polarization grating with a base element or with a plurality of base elements, and
• wobei eine obere Oberfläche der strukturierten  • where an upper surface of the structured
Schicht zumindest teilweise freiliegt. 2. Schichtstruktur (2) gemäß Anspruch 1,  Layer at least partially exposed. Second layer structure (2) according to claim 1,
wobei die mindestens eine strukturierte Schicht ein eindimensionales Liniengitter, ein zweidimensionales Kreuzgitter, und/oder ein zirkuläres Kreisgitter aufweist .  wherein the at least one structured layer has a one-dimensional line grid, a two-dimensional cross grid, and / or a circular circular grid.
3. Schichtstruktur (2) gemäß Anspruch 1 oder 2, 3. layer structure (2) according to claim 1 or 2,
wobei die mindestens eine strukturierte Schicht mehrere strukturierte Schichten ( Pi ) aufweist, wobei j eder der mehrere strukturierte Schichten ein optisches  wherein the at least one structured layer comprises a plurality of structured layers (Pi), wherein each of the plurality of structured layers is an optical one
Polarisationsgitter mit einem Basiselementen oder mit mehreren Basiselementen aufweist. Schichtetruktur (2) gemäß Anspruch 3, Having polarization grid with a base elements or with multiple base elements. Layer structure (2) according to claim 3,
wobei j ede der mehreren strukturierten Schichten ein eindimensionales Liniengitter, ein zweidimensionales Kreuzgitter, und/oder ein zirkuläres Kreisgitter aufweist, und wobei die mehreren Schichten übereinander angeordnet sind. wherein each of the plurality of structured layers has a one-dimensional line grid, a two-dimensional cross grid, and / or a circular circular grid, and wherein the plurality of layers are stacked.
Schichtstruktur (2 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 , ferner aufweisend; The laminated structure (2) according to any one of claims 1 to 4, further comprising;
mindestens eine magnetisierbare Einzelschicht (Sj ) , welche mit der mindestens einen strukturierten Schicht mit einer magnetooptischer Kopplungskonstante (Qj) gekoppelt ist. at least one magnetizable single layer (S j ), which is coupled to the at least one structured layer having a magneto-optical coupling constant (Q j ).
Schichtstruktur (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das optische Polarisationsgitter eine Layer structure (2) according to one of claims 1 to 5, wherein the optical polarization grating a
Strukturbreite von weniger als 80 nm aufweist. Structure width of less than 80 nm.
Schichtstruktur (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 , wobei das optische Polarisationsgitter eine Layer structure (2) according to one of claims 1 to 6, wherein the optical polarization grating a
Gitterperiode aufweist, welche in Abhängigkeit von dem Wellenlängenbereich λχ bis Ä2 der einfallenden Grid period which, depending on the wavelength range λ χ to Ä2 of the incident
elektromagnetischen Strahlung in einem Bereich von ungefähr λ1/2-λ1/8 bis ungefähr λ2/2+λ2/8 liegt . electromagnetic radiation in a range of approximately λ 1/2-λ 1 / 8th to about λ 2/2 + λ 2/8 lies.
Schichtstruktur (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 , wobei das optische Polarisationsgitter eine Layer structure (2) according to one of claims 1 to 6, wherein the optical polarization grating a
Gitterpericde aufweist, welche in Abhängigkeit von de Wellenlänge λ der einfallenden monochromatischen elektromagnetischen Strahlung in einem Bereich von ungefähr λ/2-λ/δ bis ungefähr λ/2+λ/8 liegt. Lattice performance which, depending on the wavelength λ of the incident monochromatic electromagnetic radiation in a range of about λ / 2-λ / δ to about λ / 2 + λ / 8.
Verfahren zum Bereitstellen von polarisiertem Licht, das Verfahren aufweisend: A method of providing polarized light, the method comprising:
• Belichten einer Schichtstruktur (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 mit entlang einer  Exposing a layer structure (2) according to one of claims 1 to 8 along one
Lichteinfallsrichtung einfallendem Licht, wobei zumindest ein Teil des einfallenden Lichts in einem Polarisationszustand reflektiert oder transmittiert wird; Light incident direction of incident light, wherein at least a portion of the incident light is reflected or transmitted in a polarization state;
Bereitstellen eines Magnetfeldes, welches die Schichtstruktur zumindest teilweise durchdringt; Verändern des Magnetfeldes in dessen  Providing a magnetic field which at least partially penetrates the layer structure; Changing the magnetic field in its
Magnetfeldstärke und/oder dessen Ausrichtung relativ zu der Schichtstruktur und u der Lichteinfallsrichtung des einfallenden Lichts, so dass der Polarisationsgrad und/oder  Magnetic field strength and / or its orientation relative to the layer structure and u the light incident direction of the incident light, so that the polarization degree and / or
Polarisations zustand der reflektiert oder transmittiert Lichts beeir.flusst wird.  Polarization state of the reflected or transmitted light beeir.flusst.
10. Verfahren gemäß Anspruch 9, 10. The method according to claim 9,
wobei die mindestens eine strukturierte Schicht P, Pi, ein eindimensionales Liniengitter oder ein  wherein the at least one structured layer P, Pi, a one-dimensional line grid or a
zweidimensionales Kreuzgi tter aufweist und wobei die Polarisationsrichtung des reflektierten oder  having two-dimensional Kreuzgi leaves and wherein the polarization direction of the reflected or
t ansmittierten Lichts mittels Änderns des Magnetfeldes um mehr als 1° pro 0,01 Tesla verändert wird.  t changed light by changing the magnetic field by more than 1 ° per 0.01 Tesla is changed.
Verfahren gemäß Anspruch 9, Method according to claim 9,
wobei die mindestens eine strukturierte Schicht P, Ρχ ein zirkuläres Kreisgitter aufweist und wobei die  wherein the at least one structured layer P, Ρχ has a circular circular grid and wherein the
Chiralität des reflektierten oder transmittierten Licht mittels Änderns des Magnetfeldes verändert wird.  Chirality of the reflected or transmitted light is changed by changing the magnetic field.
Verfahren zum Bereitstellen von polarisiertem Licht, das Verfahren aufweisend: A method of providing polarized light, the method comprising:
• Belichten einer Schichtstruktur (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 mit entlang einer  Exposing a layer structure (2) according to one of claims 1 to 8 along one
Lichteinfailsrichtung einfallendem Licht , wobei zumindest ein Teil des einfallenden Lichts in einem Polarisationszustand reflektiert oder transmittiert wird;  Light incoming light direction, wherein at least a part of the incident light is reflected or transmitted in a polarization state;
• Bereitstellen eines sich zeitlich verändernden  • Provide a time-varying
Magnetfeldes, welches die Schichtstruktur zumindest teilweise durchdringt, so dass die das reflektierte oder transmittierte Licht in dessen Magnetic field, which the layer structure at least partially penetrates, so that the reflected or transmitted light in its
Polarisationszustand basierend auf der zeitlich Veränderung des Magnetfeldes zeitlich moduliert wird.  Polarization state based on the temporal change of the magnetic field is modulated in time.
Verwendung der Schichtstruktur nach einem der Ansprü 1 bis 8 als magnetooptischer Sensor, magnetooptische Modulator oder zum magnetooptischen Auslesen eines Magnetspeichers . Use of the layer structure according to one of Ansprü 1 to 8 as a magneto-optical sensor, magneto-optical modulator or for magneto-optical readout of a magnetic memory.
Strukturiertes, unmagnetisches Einzel- oder Structured, non-magnetic single or
Mehrschichtsystem 2 zur magnetfeldabhängigen Multilayer system 2 for magnetic field dependent
Manipulation bzw. Modulierung von einfallenden Manipulation or modulation of incidental
elektromagnetischen Wellen, aufweisend: electromagnetic waves, comprising:
• mindestens eine strukturierte unmagnetische  • at least one structured non-magnetic
Einzelschicht ( P-J mit einer Dicke (djj zur  Single layer (P-J with a thickness (djj the
definierten magnetfeldabhängigen Kopplung der einfallenden elektromagnetischen Welle an das strukturierte Einzel- oder Mehrschichtsystem (2), dadurch gekennzeichnet,  defined magnetic field-dependent coupling of the incident electromagnetic wave to the structured single or multi-layer system (2), characterized
• dass der Polarisationszustand der reflektierten oder t ansmittierten elektromagnetischen Wellen in Abhängigkeit ihrer Energie durch die Strukturierun und das Material der Einzelschichten des Einzeloder MehrschichtSystems und durch das Magnetfeld {Hi5 am Ort der strukturierten Einzelschicht (Pi) manipuliert bzw. moduliert werden kann .  • that the polarization state of the reflected or t emitted electromagnetic waves can be manipulated or modulated as a function of their energy by the structuring and the material of the single layers of the single or multilayer system and by the magnetic field {Hi5 at the location of the structured single layer (Pi).
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Citations (1)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013013674A1 (en) * 2011-07-27 2013-01-31 Helmholtz-Zentrum Dresden - Rossendorf E.V. Magnetizable single- and multilayer systems, and production and use thereof

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