Name: spectral and angle-resolved magneto-optical characterization of photonic nanostructures
Uploaded: 2019-11-21T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Spectral and Angle-Resolved Magneto-Optical Characterization of Photonic Nanostructures at JoVE.com

Vi erkänner ekonomiskt stöd från den spanska Ministerio de Economía y Competitividad genom projekt MAT2017-85232-R (AEI/FEDER, UE), Severo, Ochoa (SEV-2015-0496) och av Generalitat de Catalunya (2017, SGR 1377), genom CNPq – Brasilien, och av Europeiska kommissionen (Marie Skłodowska-Curie om BETONINGEN-DLV-748429).

1. montering av setup
<ol><li>Optik Obs: Bygg inställningarna som avbildas i figur 3A på en optisk tabell med tillräcklig vibrationsisolering. För att undvika sfäriska och andra avvikelser, centrera alla optiska komponenter (linser, hål etc.) med avseende på balken. Det optiska arrangemanget visas i figur 2 med avstånden mellan de angivna komponenterna.<ol>
<li>Styr ljuset från den vita ljuskällan till en monokrom...

<ol>
	<li>Bayer, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+Modes+in+Photonic+Molecules.">Optical Modes in Photonic Molecules.</a> Physical Review Letters. 81 (12), 2582-2585 (1998).</li><li>Blanco, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large-scale+synthesis+of+a+silicon+photonic+crystal+with+a+complete+three-dimensional+bandgap+near+1.5+micrometres.">Large-scale synthesis of a silicon photonic crystal with a complete three-dimensional bandgap near 1.5 micrometres.</a> Nature. 405 (6785), 437 (2000).</li><li>Rybin, M. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-Q+Supercavity+Modes+in+Subwavelength+Dielectric+Resonators.">High-Q Supercavity Modes in Subwavelength Dielectric Resonators.</a> Physical Review Letters. 119 (24), 243901 (2017).</li><li>Joannopoulos, J. D., Villeneuve, P. R., Fan, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photonic+crystals.">Photonic crystals.</a> Solid State Communications. 102 (2), 165-173 (1997).</li><li>Englund, D., Fushman, I., Vuckovic, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=General+recipe+for+designing+photonic+crystal+cavities.">General recipe for designing photonic crystal cavities.</a> Optics Express. 13 (16), 5961-5975 (2005).</li><li>Yablonovitch, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inhibited+Spontaneous+Emission+in+Solid-State+Physics+and+Electronics.">Inhibited Spontaneous Emission in Solid-State Physics and Electronics.</a> Physical Review Letters. 58 (20), 2059-2062 (1987).</li><li>Yablonovitch, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photonic+band-gap+structures.">Photonic band-gap structures.</a> JOSA B. 10 (2), 283-295 (1993).</li><li>Noda, S., Tomoda, K., Yamamoto, N., Chutinan, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Full+Three-Dimensional+Photonic+Bandgap+Crystals+at+Near-Infrared+Wavelengths.">Full Three-Dimensional Photonic Bandgap Crystals at Near-Infrared Wavelengths.</a> Science. 289 (5479), 604-606 (2000).</li><li>John, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strong+localization+of+photons+in+certain+disordered+dielectric+superlattices.">Strong localization of photons in certain disordered dielectric superlattices.</a> Physical Review Letters. 58 (23), 2486-2489 (1987).</li><li>Krauss, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Slow+light+in+photonic+crystal+waveguides.">Slow light in photonic crystal waveguides.</a> Journal of Physics D: Applied Physics. 40 (9), 2666-2670 (2007).</li><li>Huang, X., Lai, Y., Hang, Z. H., Zheng, H., Chan, C. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dirac+cones+induced+by+accidental+degeneracy+in+photonic+crystals+and+zero-refractive-index+materials.">Dirac cones induced by accidental degeneracy in photonic crystals and zero-refractive-index materials.</a> Nature Materials. 10 (8), 582-586 (2011).</li><li>Wagner, R., Heerklotz, L., Kortenbruck, N., Cichos, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Back+focal+plane+imaging+spectroscopy+of+photonic+crystals.">Back focal plane imaging spectroscopy of photonic crystals.</a> Applied Physics Letters. 101 (8), 081904 (2012).</li><li>Zhang, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Back+focal+plane+imaging+of+directional+emission+from+dye+molecules+coupled+to+one-dimensional+photonic+crystals.">Back focal plane imaging of directional emission from dye molecules coupled to one-dimensional photonic crystals.</a> Nanotechnology. 25 (14), 145202 (2014).</li><li>Vasista, A. B., Sharma, D. K., Kumar, G. V. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fourier+Plane+Optical+Microscopy+and+Spectroscopy.">Fourier Plane Optical Microscopy and Spectroscopy.</a> Digital Encyclopedia of Applied Physics. , 1-14 (2019).</li><li>Belotelov, V. I., Doskolovich, L. L., Zvezdin, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extraordinary+Magneto-Optical+Effects+and+Transmission+through+Metal-Dielectric+Plasmonic+Systems.">Extraordinary Magneto-Optical Effects and Transmission through Metal-Dielectric Plasmonic Systems.</a> Physical Review Letters. 98 (7), 077401 (2007).</li><li>Belotelov, V. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhanced+magneto-optical+effects+in+magnetoplasmonic+crystals.">Enhanced magneto-optical effects in magnetoplasmonic crystals.</a> Nature Nanotechnology. 6 (6), 370 (2011).</li><li>Chetvertukhin, A. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magneto-optical+Kerr+effect+enhancement+at+the+Wood's+anomaly+in+magnetoplasmonic+crystals.">Magneto-optical Kerr effect enhancement at the Wood's anomaly in magnetoplasmonic crystals.</a> Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 324 (21), 3516-3518 (2012).</li><li>Kataja, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+lattice+resonances+and+magneto-optical+response+in+magnetic+nanoparticle+arrays.">Surface lattice resonances and magneto-optical response in magnetic nanoparticle arrays.</a> Nature Communications. 6, 7072 (2015).</li><li>Kataja, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hybrid+plasmonic+lattices+with+tunable+magneto-optical+activity.">Hybrid plasmonic lattices with tunable magneto-optical activity.</a> Optics Express. 24 (4), 3652-3662 (2016).</li><li>Kalish, A. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetoplasmonic+quasicrystals:+an+approach+for+multiband+magneto-optical+response.">Magnetoplasmonic quasicrystals: an approach for multiband magneto-optical response.</a> Optica. 5 (5), 617-623 (2018).</li><li>Borovkova, O. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=TMOKE+as+efficient+tool+for+the+magneto-optic+analysis+of+ultra-thin+magnetic+films.">TMOKE as efficient tool for the magneto-optic analysis of ultra-thin magnetic films.</a> Applied Physics Letters. 112 (6), 063101 (2018).</li><li>Kurvits, J. A., Jiang, M., Zia, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparative+analysis+of+imaging+configurations+and+objectives+for+Fourier+microscopy.">Comparative analysis of imaging configurations and objectives for Fourier microscopy.</a> JOSA A. 32 (11), 2082-2092 (2015).</li><li>Cichelero, R., Oskuei, M. A., Kataja, M., Hamidi, S. M., Herranz, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unexpected+large+transverse+magneto-optic+Kerr+effect+at+quasi-normal+incidence+in+magnetoplasmonic+crystals.">Unexpected large transverse magneto-optic Kerr effect at quasi-normal incidence in magnetoplasmonic crystals.</a> Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 476, 54-58 (2019).</li><li>Cichelero, R., Kataja, M., Campoy-Quiles, M., Herranz, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Non-reciprocal+diffraction+in+magnetoplasmonic+gratings.">Non-reciprocal diffraction in magnetoplasmonic gratings.</a> Optics Express. 26 (26), 34842-34852 (2018).</li><li>Melo, L. G. C., Santos, A. D., Alvarez-Prado, L. M., Souche, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimization+of+the+TMOKE+response+using+the+ATR+configuration.">Optimization of the TMOKE response using the ATR configuration.</a> Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 310 (2, Part 3), e947-e949 (2007).</li><li>Regatos, D., Sep&#250;lveda, B., Fari&#241;a, D., Carrascosa, L. G., Lechuga, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Suitable+combination+of+noble/ferromagnetic+metal+multilayers+for+enhanced+magneto-plasmonic+biosensing.">Suitable combination of noble/ferromagnetic metal multilayers for enhanced magneto-plasmonic biosensing.</a> Optics Express. 19 (9), 8336-8346 (2011).</li><li>Polisetty, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimization+of+magneto-optical+Kerr+setup:+Analyzing+experimental+assemblies+using+Jones+matrix+formalism.">Optimization of magneto-optical Kerr setup: Analyzing experimental assemblies using Jones matrix formalism.</a> Review of Scientific Instruments. 79 (5), 055107 (2008).</li><li>Sato, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+Magneto-Optical+Kerr+Effect+Using+Piezo-Birefringent+Modulator.">Measurement of Magneto-Optical Kerr Effect Using Piezo-Birefringent Modulator.</a> Japanese Journal of Applied Physics. 20 (12), 2403 (1981).</li></ol>

Vi har infört en mätning setup och protokoll för att få vinkel löst Magneto-optiska spektra av optiska kristaller. Särskilt fallet med ferromagnetiska material, som kräver ytterligare dataanalys för att redogöra för den ickelinjära permeabiliteten hos materialet, har lagts ut. Vinkel löst Magneto-Optisk spektroskopi ger en extra fördel jämfört med icke-vinkelformiga lösta metoder att de trånga lägena lättare kan identifieras eftersom de visas som tydligt definierade band i både optiska och Magneto-opt...

Trånga elektromagnetiska lägen i fotoniska kristaller kan uppstå från en mängd olika ursprung, såsom Plasmon resonansar runt metall/dielektriska gränssnitt eller Mie resonanser i hög brytningsindex dielektriska nanostrukturer1,2,3, och kan utformas för att visas på särskilt definierade frekvenser4,5. Deras närvaro ger upphov till många fascinerande fenomen som fotoniska band luckor6,7,8, stark Photon lokalisering9, långsam ljus10 och Dirac koner11. Fourierplanmikroskopi och spektroskopi är grundläggande verktyg för karakterisering av fotoniska nanostrukturer eftersom de gör det möjligt att fånga många väsentliga egenskaper hos trånga lägen som förekommer i dem. I fourierrymdmikroskopi, i motsats till konventionell Real Plans avbildning, presenteras informationen som funktion av vinkel koordinater12,13. Det är alternativt känd som back fokalplan (BFP) avbildning som vinkel nedbrytning av ljuset som härrör från provet registreras från bak fokalplanet av mikroskopet mål. Det vinkelformiga spektrumet, det vill säga det avlägsna fältet emissions mönster av provet är relaterat till dynamiken i ljuset som utgår från det (Diracs ħk). I synnerhet representerar det dess in-plane momentum (kx, ky) fördelning14.
I Magneto-optiskt aktiva prover har närvaron av slutna fotoniska exciteringar visat sig resultera i avsevärd förstärkning av Magneto-optisk respons15,16,17,18,19. Magneto-optiska effekter beror på den ömsesidiga geometrin hos magnetfältet och den infallande elektromagnetiska strålningen. Vanligast förekommande Magneto-optiska geometrier för linjärt polariserat ljus och deras nomenklatur avbildas i figur 1. Här visar vi en inställning som kan användas för att utforska två Magneto-optiska effekter som observeras i reflektion: tvärgående och längsgående Magneto-optiska Kerr effekter, förkortat, respektive, som TMOKE och LMOKE. TMOKE är en intensitet effekt, där reflektivitet motståndarens magnetisering stater är olika medan LMOKE manifesterar som en rotation av den reflekterade ljus polarisering axeln. Verkställer är distingerade vid riktningen av magnetizationen med hänsyn till den ljusa incidensen, var för LMOKE, magnetiseringen orienteras parallell till in planet del-av vinka vektorn av det ljust stunder för TMOKE som den är transverse till den. För normalt infallande ljus är både in-plane-komponenterna i Ljusets dynamik null (kx = ky = 0) och följaktligen är båda effekterna noll. Konfigurationer där båda effekterna är närvarande kan lätt utformas. Men för att förenkla dataanalysen, i denna demonstration begränsar vi oss till situationer där endast en av effekterna är närvarande, nämligen TMOKE.
Flera optiska konfigurationer kan användas för att mäta den vinkel fördelningen av ljus som avges från magnetoftoniska kristaller. Till exempel i Kalish et al.20 och borovkova et al.21, en sådan inställning användes framgångsrikt i transmission geometri för att avslöja Plasmon påverkan på Magneto-optiska fenomen. Som en illustration, i Kurvits et al.22, några möjliga konfigurationer presenteras för ett mikroskop som använder en oändlighet korrigerade objektiv. I vår konfiguration, som avbildas i figur 2A, använder vi en infinity korrigerad lins där ljuset som kommer från en given punkt i provet styrs av objektivlinsen i collinear balkar. I figur 2A, strålar som framträder från toppen (streckade linjer) och botten (heldragna linjer) av provet schematiskt avbildade. Sedan, en samlande lins används för att fokusera om dessa balkar att bilda en bild på bilden planet (IP). En andra lins, även känd som Bertrand-objektiv, sedan placeras efter bilden planet för att separera inkommande ljus vid dess fokalplan i vinkel komponenter, avbildas i figur 2A i rött, blått och svart. Från denna rygg fokalplan, kan den vinkel fördelningen av det ljus som avges av provet mätas med en kamera. På ett effektivt sätt utför Bertrand-linsen en Fouriertransformering på ljusstrålen som anländer till den. Fördelningen av rumslig intensitet vid BFP motsvarar den kantiga fördelningen av incidentstrålningen. En fullständig ömsesidig utrymmes reflektans karta över provet kan fastställas genom att belysa provet med samma mål som används för att samla in responsen hos provet. Inkommande och ut kommer balkar separeras med hjälp av en balk splitter. Den kompletta installationen avbildas i figur 3A. För att erhålla ett spektrum behövs en avstämbara ljuskälla eller en monokromator. Mätningen kan sedan upprepas över olika våglängder, med tanke på att på grund av spektrumet av standardljuskällor, resultaten måste normaliseras till reflektivitet ett kontrollprov. För detta ändamål kan man använda en spegel eller en del av provet som avsiktligt har lämnats omönstrat för att möjliggöra en hög reflektivitet. För att hjälpa till med positionering visar vi hur du integrerar installationen med ett extra optiskt system som möjliggör avbildning av provet i Real rymd, som visas i figur 2B.
Vi fortsätter nu att upprätta en metod för att mäta vinkel löst Magneto-optisk spektrum av en fotonisk kristall, med hjälp av ett representativt prov, en DVD galler täckt med en au/Co/au film där närvaron av ferromagnetisk kobolt ger upphov till betydande Magneto-optisk aktivitet23. Den periodiska korrugering av DVD galler möjliggör ytan plasmon polariton (SPP) resonanser vid distinkta våglängd-vinkel kombinationer som ges av <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/60094/60094equ01.jpg"> där n är brytningsindex för den omgivande miljön, k0 våg vektorn av ljus i fritt utrymme, θ0 incidensen vinkel, d periodicitet gallerdurk och m är ett heltal som betecknar ordningen för spp. SPP-vågvektorn ges av <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/60094/60094equ02.jpg"> där ε1 och ε2 är de metalliska skiktets permittiviteter och den omgivande dielektriska miljön. På grund av tjockleken på guld/kobolt Multilayer film, kan vi anta att SPPs är bara upphetsad ovanpå den flerskiktade filmen.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Beam splitter</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>BSW27</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bertrand lens</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>LA1608</td>
			<td>f = 75 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CCD Camera</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>1500M-GE-TE</td>
			<td>Camera for real space imaging</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Collecting lens</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>ITL200</td>
			<td>f = 200 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Collimating lens</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>420640-9800</td>
			<td>Magnification 10x NA 0.3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flip mirror</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>CCM1-P01/M</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flip mirror mount</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>FM90/M</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L1-lens</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>LA1986</td>
			<td>f = 125 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L2-lens</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>LA1461</td>
			<td>f = 250 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Objective lens</td>
			<td>Nikon</td>
			<td>MUE10500</td>
			<td>Magnification 50x NA 0.8</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pinhole</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>ID8/M</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polarizer</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>GTH10M</td>
			<td>For LMOKE measurements, two polarizers are needed</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>sCMOS camera</td>
			<td>Andor</td>
			<td>ZYLA-4.2P-USB3</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

spectral and angle-resolved magneto-optical characterization of photonic nanostructures

Fotoniska kristaller är periodiska nanostrukturer som kan stödja en mängd olika slutna elektromagnetiska lägen. Sådana trånga lägen åtföljs vanligtvis av lokal förbättring av elektrisk fältintensitet som stärker ljus-materia interaktioner, vilket möjliggör tillämpningar såsom ytförstärkt Raman spridning (SERS) och ytan plasmon förbättrad avkänning. I närvaro av Magneto-optiskt aktiva material ger den lokala fält förbättringen upphov till avvikande Magneto-optisk aktivitet. Typiskt, de trånga lägena av en given fotonisk kristall beror starkt på våglängd och incidens vinkel av incidenten elektromagnetisk strålning. Således behövs spektrala och vinkel lösa mätningar för att fullständigt identifiera dem samt för att etablera deras förhållande till kristallens Magneto-optiska aktivitet. I denna artikel beskriver vi hur man använder en Fourier-Plane (back fokal planet) Mikroskop för att karakterisera Magneto-optiskt aktiva prover. Som modellsystem, här använder vi en plasmoniska galler byggd av Magneto-optiskt aktiv au/Co/au Multilayer. I experimenten tillämpar vi ett magnetfält på gallerdurken på plats och mäter dess ömsesidiga utrymmesrespons och erhåller Magneto-optisk respons från gallerdurken över en rad våglängder och infallande vinklar. Denna information gör det möjligt för oss att bygga en komplett karta över plasmoniska band struktur av gallerdurken och vinkeln och våglängd beroende Magneto-optisk aktivitet. Dessa två bilder ger oss möjlighet att precisera den effekt som Plasmon resonanser har på Magneto-optisk respons av gallerdurken. Den relativt lilla storleken av Magneto-optiska effekter kräver en noggrann behandling av de förvärvade optiska signalerna. För detta ändamål anges ett bildbehandlings protokoll för erhållande av Magneto-optiskt svar från de förvärvade rådata.

Figur 4a visar ett Scanningelektronmikroskop (SEM) Mikrograf av en kommersiell DVD galler täckt med AU/Co/au Multilayer som användes ett demonstrations prov i våra experiment. Dess optiska och Magneto-optiska spektra visas i figur 4B, C respektive. Detaljer om provtillverkning presenteras på annat håll23. Svarta linjer i figur 4A, B visar de Plasmon-disp...

Watch this Scientific Journal Video about Spectral and Angle-Resolved Magneto-Optical Characterization of Photonic Nanostructures at JoVE.com

Spectral and Angle-Resolved Magneto-Optical Characterization of Photonic Nanostructures

Fotoniska band struktur gör det möjligt att förstå hur slutna elektromagnetiska lägen propagera inom en fotonisk kristall. I fotoniska kristaller som inkorporerar magnetiska element åtföljs sådana trånga och resonanta optiska lägen av förbättrad och modifierad Magneto-optisk aktivitet. Vi beskriver ett mätförfarande för att extrahera Magneto-optiska bandstrukturen med Fourierrymdmikroskopi.

Spektrala och vinkel-lösta Magneto-optisk karakterisering av fotoniska nanostrukturer

Photonic crystals are periodic nanostructures that can support a variety of confined electromagnetic modes. Such confined modes are usually accompanied by ...

Fotoniska bandstrukturer kartlägger spridningsförhållandena för de begränsade elektromagnetiska lägena i en fotonisk kristall och är förknippade med förbättrade ljus-materia interaktioner såsom magneto-optiska effekter. Vår metod möjliggör kartläggning av magneto-optiska effekter i den ömsesidiga rymden av den fotoniska kristallen så att vi direkt kan studera hur magnetisering modifierar ett fotoniskt svar. Magneto-optiska kristaller är intressanta för deras icke-ömsesidiga optiska egenskaper.Medan vi kommer att visa denna teknik med en enkel plasmonisk galler, det är tillämpligt på många andra typer av fotoniska kristaller. En särskild utmaning med denna teknik är att de magneto-optiska effekterna är typiskt mycket svaga så du måste vara extra noga med att se till att eventuellt brus minimeras. Börja med att bygga uppställningen på ett optiskt bord med tillräcklig vibrationsisolering.Optiken för den balk som kommer ut ur provet bör ställas upp enligt angiven med den oändlighetstillrättalade objektivet som riktar vågfronter som kommer fram från varje punkt av provet till kollinjära strålar. Placera en samlarobjektiv med ett f på 200 millimeter 330 millimeter från målet att fokusera om strålarna för att bilda en bild vid bildplanet. Infoga en vändspegel efter bildplanet för att möjliggöra bildbehandling med verkliga rymden av provet och sätt in en L1-lins med ett f på 125 millimeter så att bildplanet är i fokus.Placera en L2-lins med ett f på 250 millimeter på 135 millimeters avstånd från L1. Placera en kamera 210 millimeter från L2-objektivet för att fånga en förstorad bild av bildplanet och flytta L1-och L2-objektivet tills ett hål placerat i bildplanet är i bra fokus på CCD-kameran. Placera ett hål i bildplanet på 200 millimeter från samlarobjektivet efter behov för att begränsa den avbildade regionen till ett litet, mönstrat område. Placera en Bertrand-lins med ett f på 75 millimeter 120 millimeter efter bildplanet för att skapa en Fourier-omformning av bildens vinkelkomponenter och placera en kamera 75 millimeter från Bertrand-linsen.Med hjälp av en liten droppe silverfärg, montera provet, en kommersiell DVD galler täckt med magnetoplasmonic guld-kobolt-guld-film, på provhållaren. Placera provet mellan polerna på en elektromagnet sedan flytta objektivet mot provet tills provet är i gott fokus i CCD-kameran. För att utföra en optisk reflektionsförmåga mätning, med hjälp av det verkliga utrymmet bilden av provet, placera ljuspunkten över en reflekterande, omätad del av provet och vända spegeln för att visualisera baksidan fokalplan av mikroskopet.Välj det område i det bakre fokalplanet som motsvarar det poliseringstillstånd av intresse och välj ett område av intresse som ett rätlinjeöverstigligt tvärsnitt av det objektiva ryggatusplanet längs axeln som motsvarar den tvärgående magneto-optiska polariseringen. Klicka på Mät normaliseringsspektrum för att mäta ljuskällans spektrum. Eftersom varje våglängd ger en 1D-uppsättning datapunkter sparas det fullständiga spektrumet av ljuskällan som en 2D-tensor där varje datapunkt representerar en kombination av våglängd och vinkel.Med hjälp av den verkliga rymden bilden av provet, placera ljuskällan över den fotoniska kristallen av intresse och växla tillbaka till baksidan fokalplanet, se till att plasmon lägen är synliga som mörka linjer som korsar baksidan fokalplanet. Med samma intresseområden och mätinställningar klickar du på Mät Reflektionsspektrum för att mäta reflektionsspektrumet i den fotoniska kristallen. För att utföra en magneto-optisk mätning, börja med att mäta en hysteresslinga med hjälp av en vinkel och våglängd som är kända för att motsvara en bra magneto-optisk respons.Med hjälp av hysteres-slingan väljer du det område av magnetiska fält som ska loopas. För ferromagnetiska prover, slinga fälten från ett helt mättat tillstånd till ett motsatt mättat tillstånd, utvidga intervallet bekvämt över mättnad fältet. Mät slutligen den intensitet som provet återspeglas av provet vid varje definierad magnetisk fältpunkt, som upprepar över flera slingor enligt önskemål.Varje våglängd och magnetiseringspunkt kommer att ge en enda, 1D-matris med numeriska data för vilka varje punkt i matrisen motsvarar en viss vinkel. För att redogöra för den spektrala variationen i ljuskällans intensitet, normalisera det erhållna spektrumet genom ljuskällans spektrum. Detta kommer att ge en 2D-matris med siffror från noll till en för vilka en motsvarar fullt reflekterande och noll motsvarar helt absorptiva förhållanden.För dataanalys, med hjälp av hysteres loop av provet, tilldela varje uppmätta ram till antingen av de mättade tillstånd eller till mellantillstånd, sedan kasta de uppmätta intensiteterna för de mellanliggande tillstånden och subtrahera de mättade intensiteterna separat för varje vinkel- och våglängdsdatapunkt. I denna figur, en scanning elektronmikroskop mikroskop mikroskop av en kommersiell DVD galler täckt med en guld-kobolt-guld flerskikt kan observeras. Här kan durkens optiska och magneto-optiska spektra observeras.Linjerna visar plasmon spridning relationer beräknas från ekvation ett och motsvarar en iögonfallande dopp i reflektoritet som följer av den infallande strålning omvandlas till SPPs och skingras via ohmic dämpning. I det magneto-optiska spektrumet av det plasmoniska gallerdurkningen åtföljs plasmonlinjerna av en ökning av magneto-optisk aktivitet som plötsligt vänder vid ytan plasmonpolariton. Linjens form kan förklaras av det faktum att magnetiseringen något ändrar ytan plasmon polariton excitation villkor, vilket resulterar i två olika yta plasmon polaritons för motsatta magnetisering stater.På grund av den lilla omfattningen av de magneto-optiska effekterna, måste magnetfältet tillämpas in situ mäta varje våglängd vid den tidpunkten för att säkerställa optimal signal-brusförhållande. Denna inställning kan användas för en mängd olika magneto-optiska tekniker, till exempel för Kerr mikroskopi för att studera den dominerande strukturen av magnetiska material. Vi har studerat de magneto-optiska effekterna i diffraktion genom att begränsa vinkelspridning av infallande ljus att observera diffracted balkar i ryggen fokalplanet.

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Physics

Engineering

Unit 1

Electromagnetic Waves

SCIENTISTS IN ACTION

A Method to Fabricate Disconnected Silver Nanostructures in 3D

En metod att tillverka Frånkopplad Silver nanostrukturer i 3D

The standard nanofabrication toolkit includes  techniques primarily aimed at creating 2D patterns in dielectric media. Creating  metal patterns on a ...

Angle-resolved Photoemission Spectroscopy At Ultra-low Temperatures

Vinkel-löst Photoemission spektroskopi på Ultra-låga temperaturer

The physical properties of a material are defined by its  electronic structure. Electrons in solids are characterized by energy (&omega;)  and momentum ...

Fabrication And Characterization Of Photonic Crystal Slow Light Waveguides And Cavities

Framställning och karaktärisering av fotoniska kristaller Slow ljusvågledare och håligheter

Slow light has been one of the hot topics in the photonics community in the past decade, generating great interest both from a fundamental point of view ...

Using Microwave and Macroscopic Samples of Dielectric Solids to Study the Photonic Properties of Disordered Photonic Bandgap Materials

Använda mikrovågsugn och Makroskopiska Prover av Dielektriska Solids att Studera Fotoniska egenskaper Oordnade Photonic bandgap

Recently, disordered photonic materials have been suggested as an alternative to periodic crystals for the formation of a complete photonic bandgap (PBG). ...

Writing and Low-Temperature Characterization of Oxide Nanostructures

Skriva och låg temperatur karakterisering av Oxide nanostrukturer

Oxide nanoelectronics is a rapidly growing field which seeks to develop novel materials with multifunctional behavior at nanoscale dimensions.  Oxide ...

Ohmic Contact Fabrication Using a Focused-ion Beam Technique and Electrical Characterization for Layer Semiconductor Nanostructures

Resistiv Kontakta Fabrication Med hjälp av en fokuserad-ion Beam Teknik och elektrisk karakterisering för Layer Semiconductor nanostrukturer

Layer semiconductors with easily processed two-dimensional (2D) structures exhibit indirect-to-direct bandgap transitions and superior transistor ...

Integration of Light Trapping Silver Nanostructures in Hydrogenated Microcrystalline Silicon Solar Cells by Transfer Printing

Integration of Light fångst Silver nanostrukturer i Hydromikro Silicon solceller genom Transfer Tryck

One of the potential applications of metal nanostructures is light trapping in solar cells, where unique optical properties of nanosized metals, commonly ...

Fabrication and Characterization of Superconducting Resonators

Tillverkning och karakterisering av supraledande resonatorer

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors ...

Fabrication of 1-D Photonic Crystal Cavity on a Nanofiber Using Femtosecond Laser-induced Ablation

Tillverkning av en-D fotoniska kristaller hålighet på en nanofiber Använda femtosecond laser-inducerad Ablation

We present a protocol for fabricating 1-D Photonic Crystal (PhC) cavities on subwavelength-diameter tapered optical fibers, optical nanofibers, using ...

Experimental Methods for Spin- and Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy Combined with Polarization-Variable Laser

Experimentella metoder för spinn - och vinkel-löst Photoemission spektroskopi kombinerat med polarisering-variabel Laser

The goal of this protocol is to present how to perform spin- and angle-resolved photoemission spectroscopy combined with polarization-variable 7-eV laser ...