УДК537.6, 535.58, 538.958

ИЗВЛЕЧЕНИЕ МАТЕРИАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПЛАЗМОННОГО МУЛЬТИСЛОЯ ИЗ КОЭФФИЦИЕНТОВ ОТРАЖЕНИЯ И ПРОХОЖДЕНИЯ

Орлов А.А., Янковская Е.А., Жуковский С.В., Белов П.А.


Язык статьи - русский


Аннотация

Получены и исследованы диэлектрическая и магнитная проницаемости конечного образца многослойной металлодиэлектрической наноструктуры – плазмонного мультислоя, относящегося к классу электромагнитных метаматериалов. Метаматериалы представляют собой искусственно созданные структуры, как правило, периодические, размеры элементарной ячейки которых много меньше длины волны, обладающие необычными электромагнитными свойствами, не наблюдаемыми в природе. Так, метаматериалы открывают путь к созданию оптических материалов с магнитной проницаемостью, существенно отличной от единицы, что долгое время казалось трудновыполнимой задачей. Для извлечения из коэффициентов отражения и прохождения материальных параметров, описывающих электромагнитное поведение плазмонного мультислоя, был применен классический метод Николсона–Росса–Веира. В рассматриваемом слоистом метаматериале наблюдается сильный магнетизм резонансного типа в оптическом диапазоне частот. Положение резонанса соответствует точке предельно малых значений диэлектрической проницаемости. Показана возможность перестройки резонансной частоты путем изменения соотношения толщины слоев в элементарной ячейке, образующей плазмонный мультислой. Наблюдаемая магнитная активность входит в установившийся режим, начиная с толщины мультислоя, составляющей порядка нескольких десятков слоев. Предложено использование таких многослойных наноструктур как простого и эффективного материала, способного демонстрировать магнитную активность во всем оптическом диапазоне.


Ключевые слова: метаматериалы, плазмоны, магнетизм, многослойные структуры

Список литературы
 1.     Рытов С.М. Электромагнитные свойства мелкослоистой среды // ЖЭТФ. 1955. Т. 29. № 5. С. 605–616.
2.     Brekhovskikh L. Waves in Layered Media. NY: Academic Press, 1960. 574 p.
3.     Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М.: Наука, 1973. 721 с.
4.     Scalora M., Bloemer M.J., Manka A.S., Pethel S.D., Dowling J.P., Bowden C.M. Transparent, metallo-dielectric one dimensional photonic band gap structures // J. Appl. Phys. 1998. V. 83. N 4. P. 2377–2383.
5.     de Ceglia D., Vincenti M.A., Cappeddu M.G., Centini M., Akozbek N., DꞌOrazio A., Haus J.W., Bloemer M.J., Scalora M. Tailoring metallodielectric structures for superresolution and superguiding applications in the visible and near-IR ranges // Phys. Rev. A. 2008. V. 77. N 3. P. 033848-1–033848-12.
6.     Tomita S., Yokoyama T., Yanagi H., Wood B., Pendry J.B., Fujii M., Hayashi S. Resonant photon tunneling via surface plasmon polaritons through one-dimensional metal-dielectric metamaterials // Optics Express. 2008. V. 16. N 13. P. 9942–9950.
7.     Allen T.W., DeCorby R.G. Assessing the maximum transmittance of eriodic metal-dielectric multilayers // J. Opt. Soc. Am. B. 2011. V. 28. N 10. P. 2529–2536.
8.     Feng S., Elson J.M., Overfelt P.L. Optical properties of multilayer metal-dielectric nanofilms with all-evanescent modes // Optics Express. 2005. V. 13. N 11. P. 4113–4124.
9.     Zhang J., Jiang H., Gralak B., Enoch S., Tayeb G., Lequime M. Towards-1 effective index with one-dimensional metal-dielectric metamaterial: a quantitative analysis of the role of absorption losses // Optics Express. 2007. V. 15. N 12. P. 7720–7729.
10.Chebykin A.V., Orlov A.A., Vozianova A.V., Maslovski S.I., Kivshar Y.S., Belov P.A. Nonlocal effective medium model for multilayered metal-dielectric metamaterials // Phys. Rev. B. 2011. V. 84. N 11. P. 115438-1–115438-11.
11.Chebykin A.V., Orlov A.A., Simovski C.R., Kivshar Y.S., Belov P.A. Nonlocal effective parameters of multilayered metal-dielectric metamaterials // Phys. Rev. B. 2012. V. 86. N 11. P. 115420-1–115420-8.
12.Nicolson A.M., Ross G.F. Measurement of the Intrinsic Properties of Materials by Time-Domain Techniques // IEEE Trans. Instrum. Meas. 1970. V. 19. N 4. P. 377–382.
13.Weir W.B. Automatic  Measurement of Complex Dielectric Constant and  Permeability at Microwave Frequencies // Proc. of IEEE. 1974. V. 62. N 1. P. 33–36.
14.Симовский К.Р. О материальных параметрах метаматериалов // Оптика и спектроскопия. 2009. Т. 107. № 5. С. 766–793.
15.Chen X., Grzegorczyk T.M., Wu B.I., Pacheco J., Jr, Kong J.A. Robust method to retrieve the constitutive effective parameters of metamaterials // Phys. Rev. E. 2004. V. 70. N 1. P. 016608-1–016608-7.
16.Orlov A.A., Voroshilov P.M., Belov P.A., Kivshar Y.S. Engineered optical nonlocality in nanostructured metamaterials // Phys. Rev. B. 2011. V. 84. N 4. P. 045424-1–045424-24.
17.Elser J., Podolksiy V.A., Salakhutdinov I., Avrutsky I. Nonlocal effects in effective-medium response of nanolayered metamaterials // Appl. Phys. Lett. 2007. V. 90. N 19. P. 191109-1–191109-3.
18.Pollard R.J., Murphy A., Hendren W.R., Evans P.R., Atkinson R., Wurtz G.A., Zayats A.V., Podolksiy V.A. Optical nonlocalities and additional waves in epsilon-near-zero metamaterial // Phys. Rev. Lett. 2009. V. 102. N 12. P. 127405-1–127405-4.
19.Кившарь Ю.С., Орлов А.А. Перестраиваемые и нелинейные метаматериалы // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2012. № 3 (79). С. 1–10.
20.Jeyaram Y., Jha S.K., Agio M., Loffler J.F., Ekinci Y. Magnetic metamaterials in the blue range using aluminum nanostructures // Optics Lett. 2010. V. 35. N 10. P. 1656–1658.


Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License
Информация 2001-2019 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика