Нестеров Максим Леонідович. Аномальні електромагнітні явища при збудженні поверхневих хвиль в металах та шаруватих надпровідниках : Дис... канд. наук: 01.04.02 - 2008.
Анотація до роботи:
Нестеров М.Л. Аномальні електромагнітні явища при збудженні поверхневих хвиль в металах та шаруватих надпровідниках. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.02 – теоретична фізика. – Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Веркіна НАН України, Харків, 2008.
Проведено детальний теоретичний аналіз широкого кола резонансних явищ типу вудівських аномалій, що обумовлені збудженням поверхневих електромагнітних хвиль у металах та надпровідниках. Зокрема, досліджено проблему тунелювання світла крізь неідеальну металеву плівку зі слабкою одно- та двовимірною модуляцією діелектричної проникності. Розглянуто випадки похилого та нормального падінь світла, які відповідають резонансам різної кратності (відокремленому, подвійному та четверному). Вперше продемонстровано, що при падінні довільно поляризованої хвилі світло, яке проходить, є лінійно поляризованим як в нульовому, так і в ненульовому дифракційних порядках. Досліджено особливості коефіцієнтів трансформації та проаналізовано структуру ближнього та дальнього полів довкола нормального падіння для випадків симетричного та несиметричного оточень. Показано, що поверхневі хвилі можуть бути збуджені на межі між вакуумом і шаруватим надпровідником методом порушеного повного внутрішнього відбиття. Знайдено параметри задачі, що відповідають повному заглушенню дзеркального відбиття.
В дисертації розв’язано важливу проблему в області теоретичної фізики конденсованого стану – теоретично досліджено резонансні ефекти, які виникають при збудженні поверхневих електромагнітних хвиль на межах металів з одновимірними та двовимірними періодичними модуляціями діелектричної проникності, а також на межі шаруватий надпровідник-вакуум. Знайдено у явному вигляді коефіцієнти трансформації електромагнітної хвилі довільної поляризації, що опромінює структуру, у різні дифракційні порядки, зокрема коефіцієнти проходження та дзеркального відбиття світла. Основними результатами дисертаційної роботи є такі:
Показано, що збудження поверхневих хвиль на межі металевої плівки з дозвільною одновимірною та двовимірною модуляцією з несиметричним та симетричним оточеннями супроводжується аномальними електромагнітними ефектами у коефіцієнтах проходження та відбиття зовнішньої електромагнітної хвилі. Отримано вирази для коефіцієнтів трансформації для дозвільних дифракційних порядків в аналітичній формі. Це дозволяє визначити оптимальні параметри для контролю діфрагованих хвиль при проектуванні пристроїв, які використовують ефекти дифракції на модульованих металевих поверхнях.
Показано, що в умовах збудження поверхневих електромагнітних хвиль на межах модульованої металевої плівки не тільки інтенсивність, але й поляризація відбитої хвилі і хвилі, що проходить, зазнають значних змін. Одержано прості аналітичні залежності для коефіцієнтів трансформації поляризації, які добре описують отримані раніше експериментальні результати. Знайдено умови, при яких світло, яке пройшло крізь плівку, є лінійно поляризованим як у нульовому, так і в ненульовому дифракційних порядках незалежно від поляризації випромінювання, що падає. Цей ефект може бути використаний в поляризаційних пристроях.
Узагальнено теорію резонансної дифракції на випадок плівки з дозвільною двовимірною модуляцією як з симетричним, так і несиметричним оточеннями. Показано, що в ефекті посиленого проходження світла та інших аномаліях у коефіцієнтах трансформації принципову роль грає просторова модуляція діелектричної проникності плівки, а не її конкретна реалізація у вигляді малих отворів.
Показано, що ефект посиленого проходження світла має аналогію з рухом простої механічної системи двох слабо пов’язаних гармонічних осциляторів під впливом зовнішньої сили. Ця наглядна механічна аналогія сприяє більш глибокому розумінню фізики даного хвильового процесу.
На прикладі ефекту повного заглушення дзеркального відбиття показано, що збудження поверхневих хвиль терагерцового діапазону частот на межі шаруватого надпровідника супроводжується ефектами, аналогічними резонансним явищам при збудженні оптичних ПП на межах метал-діелектрик. Такі аномальні ефекти можуть бути використані при розробці різноманітних пристроїв, наприклад, детекторів терагерцового випромінювання.
Публікації автора:
Кац A. В., Никитин A. Ю., Нестеров М. Л., Блудов Ю. В. Резонансное оптическое просветление металлических пленок с периодической модуляцией / A. В. Кац, A. Ю. Никитин, М. Л. Нестеров, Ю. В. Блудов // Радиофизика и электроника. – 2004. – Т. 9, №3. – С. 567-579.
Kats A. V, Nesterov M. L., Nikitin A. Yu. Polarization Properties of a Periodically-Modulated Metal Film in the Regions of Anomalous Transparency / A. V. Kats, M. L. Nesterov, A. Yu. Nikitin // Phys. Rev. B. – 2005. – V. 72. – P. 193405-1-193405-4.
Кац А. В., Нестеров М. Л., Никитин А. Ю., Слипченко Т. М., Ямпольский В. А., Nori F., Савельев С. Резонансные эффекты при возбуждении поверхностных электромагнитных волн в слоистых сверхпроводниках призменным методом / А. В. Кац, М. Л. Нестеров, А. Ю. Никитин, Т. М. Слипченко, В. А. Ямпольский, F. Nori, С. Савельев // Вісник Харківського Національного Університету ім. В. Н. Каразіна – 2006. – вип.9, № 739. – C. 67-71.
Kats A. V., Nesterov M. L., Nikitin A. Yu. Excitation of surface plasmon-polaritons in metal films with double periodic modulation: Anomalous optical effects / A. V. Kats, M. L. Nesterov, A. Yu. Nikitin // Phys. Rev. B. – 2007. – V. 75. – P. 045413-1-045413-23.
Yampol’skii V.A., Kats A. V., Nesterov M. L., Nikitin A. Yu., Slipchenko T. M., Savel'ev S., Nori F. Excitation of surface Josephson plasma waves in layered superconductors / V. A. Yampol’skii, A. V. Kats, M. L. Nesterov, A. Yu. Nikitin, T. M. Slipchenko, S. Savel'ev, F. Nori // Phys. Rev. B. – 2007. – V. 76. – P. 224504-1-224504-7.
Кац А. В., Нестеров М. Л., Никитин А. Ю. Аномальные оптические эффекты в металлических пленках с двойной периодической модуляцией / А. В. Кац, М. Л. Нестеров, А. Ю. Никитин // Тезисы Четвертой Харьковской конференции молодых ученых. – Харьков (Украина). – 2004. - С. 47.
Кац А. В., Нестеров М. Л., Никитин А. Ю., Слипченко Т. М., Ямпольский В. А. Поверхностные джозефсон-плазменные волны в слоистых сверхпроводниках и их туннельное возбуждение / А. В. Кац, М. Л. Нестеров, А. Ю. Никитин, Т. М. Слипченко, В. А. Ямпольский // Тезисы Седьмой Международной конференции “Фізичні явища в твердих тілах”. – Харьков (Украина). – 2005. С. 27.
Кац А. В., Нестеров. М. Л., Никитин А. Ю. Трансформация поляризации света при резонансном возбуждении поверхностных плазмонов в модулированных металлических пленках / А. В. Кац, М. Л. Нестеров, А. Ю. Никитин // Тезисы Пятой Харьковской конференции молодых ученых. – Харьков (Украина). – 2005. - С. 80-81.
Кац А. В., Нестеров М. Л., Никитин А. Ю., Слипченко Т. М., Ямпольский В. А. Поверхностные джозефсон-плазменные волны в слоистых сверхпроводниках и их туннельное возбуждение / А. В. Кац, М. Л. Нестеров, А. Ю. Никитин, Т. М. Слипченко, В. А. Ямпольский // Тезисы Пятой Харьковской конференции молодых ученых. – Харьков (Украина). – 2005. - С. 80.
Кац А. В., Нестеров М. Л., Никитин А. Ю., Nori F., Савельев С., Слипченко Т. М., Ямпольский В. А. Локализованные джозефсоновские возбуждения на границах слоистых сверхпроводников / А. В. Кац, М. Л. Нестеров, А. Ю. Никитин, F. Nori, С. Савельев, Т. М. Слипченко, В. А. Ямпольский // Тезисы Конференции “Фундаментальные и прикладные проблемы современно физики” в рамках Демидовских Чтений. – Москва (Россия). – 2006. - С. 266.
Kats A. V., Nesterov M. L., Nikitin A. Yu., Slipchenko T. M., Yampol’skii V. A., Savel'ev S., Nori F. Surface Josephson plasma waves in layered HTS superconductors and their excitation via attenuated total reflection / A. V. Kats, M. L. Nesterov, A. Yu. Nikitin, T. M. Slipchenko, V. A. Yampol’skii, S. Savel'ev, F. Nori // Conference Proceedings of MMET'2006. - Kharkov (Ukraine). - P. 244-246.
Kats A. V., Nesterov M. L., Nikitin A. Yu. Anomalous optical effects under resonance excitation of surface plasmons in 2D periodically modulated metal films / A. V. Kats, M. L. Nesterov, A. Yu. Nikitin // Conference Proceedings of LFNM'2006. - Kharkov (Ukraine). - P. 223-226.
Kats A. V., Nesterov M. L., Nikitin A. Yu., Slipchenko T. M., Yampol’skii V. A., Savel'ev S., Nori F. Surface Josephson plasma waves in nanostructured materials and their excitation / A. V. Kats, M. L. Nesterov, A. Yu. Nikitin, T. M. Slipchenko, V. A. Yampol’skii, S. Savel'ev, F. Nori // Proceedings of Summer School on Nanotubes. - Cargese, Corsica (France). – 2006. - P. 94.
Kats A. V., Nesterov M. L., Nikitin A. Yu. Anomalous optical effects in metal films with double periodic modulation due to excitation of surface plasmon-polaritons / A. V. Kats, M. L. Nesterov, A. Yu. Nikitin // Proceedings of ICO Topical Meeting on Optoinformatics/Information Photonics. – St. Petersburg (Russia). – 2006. - P. 496-498.
