Главная - Основные результаты и публикации - Взаимодействие ИК и УФ фемтосекундных импульсов излучения с веществом - Нано- и микроструктурирование материалов - Сверхбыстрая оптика и плазмоника наноструктур

Сверхбыстрая оптика и плазмоника наноструктур

Сверхбыстрая оптика и плазмоника наноструктур

Несмотря на то, что исследования по лазерной генерации одномерных периодических поверхностных наноструктур (ППНС) под действием ультракоротких (фемтосекундных) лазерных импульсов (УКИ) продолжаются уже более десятилетия, механизмы генерации ППНС – в частности, эффекты динамического изменения оптических свойств фотовозбужденной поверхности материалов, распределения энергии электромагнитного (ЭМ) поля в результате интерференции «УКИ-ПЭВ» (где ПЭВ – возбуждаемая УКИ на поверхности поверхностная ЭМ волна), механизмы массопереноса (удаления – абляции) вещества, оптики фотовозбужденной наноструктурированной поверхности, появления суб-волновых (L << l, где l и L – длины волн падающего излучения и возникающей периодической структуры, соответственно) ППНС – до сих пор изучены недостаточно. Поэтому нами были изучены следующие основные стадии генерации ППНС под действием УКИ: 1) фотовозбуждение поверхности и интерференция «УКИ-ПЭВ» под действием ИК и впервые – УФ УКИ ; 2) возникновение первичного, как правило, негармонического, околоволнового (L » l) периодического нанорельефа; 3) запись ППНС (включая субволновые нанорешетки) в результате дифракции УКИ на первичном негармоническом нанорельефе; 4) развитие ППНС в ходе взаимодействия последующих множественных УКИ с развитым нанорельефом – вплоть до его деградации и формирования микрорельефа. Предложен простой и информативный метод изучения динамических оптических постоянных вещества в масштабе УКИ по измерению его собственного отражения (самоотражения). Впервые наблюдались высшие гармоники нанорельефа – до 7-ой и предложено альтернативное объяснение появления таких субволновых ППНС в результате не маловероятного эффекта генерации высших оптических поверхностных гармоник, а дифракции УКИ на первичном негармоническом нанорельефе (суперпозиции гармоник нанорельефа), возникающем, как правило, в слабонадпороговом режиме наноструктурирования, с возбуждением совокупности ПЭВ с соответствующим спектром волновых чисел.
Недавно нами проводились исследования по генерации золей химически «чистых» плазмонных наночастиц путем абляции твердых материалов – железа, золота, никеля, кремния, сверхпроводящей керамики YbCo – под действием УКИ в среде различных жидкостей. Полученные золи наночастиц использовались, в том числе, для создания нанокомпозитов на основе диэлектрической матрицы трехмерного фотонного кристалла – искусственного опала – путем заполнения ее воздушных нанопустот квантовыми точками-наночастицами – и последующего высушивания растворителя. Оптическая спектроскопия стоп-зоны (запрещенной зоны) опала демонстрирует, благодаря высокой химической чистоте наночастиц, правильные знаки и значительные предсказуемые амплитуды «синего» (для металлических наночастиц) и «красного» (для диэлектрических наночастиц) смещения зонного спектра нанокомпозита.
Также, были выполнены экспериментальные исследования и численное моделирование локального усиления электромагнитного поля на поверхностных нанорешетках и поверхностных нано-остриях фотовозбужденных материалов для задачи разработки субстратов для высокочувствительного детектирования органических молекул с помощью эффекта поверхностно-усиленного гигантского комбинационного рассеяния.

  1. Е.В. Голосов, A.A. Ионин, Ю.Р. Колобов, С.И. Кудряшов, А.Е. Лигачев, Ю.Н. Новоселов, Л.В. Селезнев, Д.В. Синицын, Сверхбыстрая оптика поверхности титана и фемтосекундная лазерная запись одномерных нанорешеток ее рельефа // ЖЭТФ 140, 1(7), 21-35 (2011).
    E. V. Golosov, A. A. Ionin, Yu. R. Kolobov, S. I. Kudryashov, A. E. Ligachev, Yu. N. Novoselov, L. V. Seleznev, and D. V. Sinitsyn,Ultrafast Changes in the Optical Properties of a Titanium Surface and Femtosecond Laser Writing of One-Dimensional Quasi-Periodic Nanogratings of Its Relief // JETP 113, No. 1, pp. 14–26 (2011).
  2. E. V. Golosov, A. A. Ionin, Yu. R. Kolobov, S. I. Kudryashov, A. E. Ligachev, S.V. Makarov, Yu. N. Novoselov, L. V. Seleznev, D. V. Sinitsyn, Topological evolution of self-induced silicon nanogratings during prolonged femtosecond laser irradiation // Appl. Phys. A 104 (2), 701-705 (2011).
  3. В.П. Корольков, А.А. Ионин, С.И. Кудряшов, Л.В. Селезнев, Д.В. Синицын, Р.В. Самсонов, А.И. Маслий, А.Ж. Медведев, Б.Г. Гольденберг, Фемтосекундноелазерноенаноструктурированиеповерхностигальваническивыращенных Ni-Cu фольг // Квант.электроника 41 (4), 387-392 (2011).
    V.P. Korolkov, A.A. Ionin, S.I. Kudryashov, L.V. Seleznev, D.V. Sinitsyn, R.V. Samsonov, A.I. Masliy, A.Zh. Medvedev, B.G. Goldenberg, Surface nanostructuring of Ni/Cu foils by femtosecond laser pulses // Quant. Electron. 41(4), 387-392 (2011).
  4. E.V. Golosov, A.A. Ionin, Yu.R. Kolobov, S.I. Kudryashov, А.Е. Ligachev, S.V. Makarov, Yu.N. Novoselov, L.V. Seleznev, D.V. Sinitsyn, A.R. Sharipov, Near-threshold femtosecond laser fabrication of one-dimensional sub-wavelength nanogratings on graphite surface // Phys. Rev. B 83, 115426 (2011).
  5. Е.В. Голосов, A.A. Ионин, Ю.Р. Колобов, С.И. Кудряшов, А.Е. Лигачев, С.В. Макаров, Ю.Н. Новоселов, Л.В. Селезнев, Д.В. Синицын, Формирование квазипериодических нано- и микроструктур на поверхности кремния под действием ИК и УФ фемтосекундных лазерных импульсов // Квант. эл-ка 41 (9), 829-834 (2011).
    A.A. Ionin, S.I. Kudryashov, S.V. Makarov, L.V. Seleznev, D.V. Sinitsyn, E.V. Golosov, O.A. Golosova, Yu.R. Kolobov, A.E. Ligachev, Formation of quasi-periodic nano- and microstructures on silicon surface under IR and UV femtosecond laser pulses // Quantum Electron. 41 (9), 829-834 (2011).
  6. В.С. Горелик, А.А. Ионин, С.И. Кудряшов, С.В. Макаров, Л.В. Селезнев, Д.В. Синицын, Р.А. Чаниева, А.Р. Шарипов, Нанокомпозиты на основе глобулярных фотонных кристаллов, получаемые методом лазерной абляции с использованием фемтосекундных лазерных импульсов // Краткие сообщения по физике ФИАН 38 (11), 20-29 (2011).
    Gorelik V. S., Ionin A. A., Kudryashov S.I., Makarov S.V., Seleznev L.V., Sinitsyn D.V., Chanieva R.A., Sharipov A.R., Nanocomposites based on globular photonic crystals grown by laser ablation using femtosecond laser pulses // Bulletin of the Lebedev Physics Institute 38 (11), 328-333 (2011).
  7. A.A. Ionin, S.I. Kudryashov, S.V. Makarov, L.V. Seleznev, D.V. Sinitsyn, E.V. Golosov, O.A. Golosova, Yu.R. Kolobov, A.E. Ligachev, Femtosecond laser color marking of metal and semiconductor surfaces // Applied Physics A 107 (2), 301-305 (2012).
  8. A.A. Ионин, В.И. Емельянов, С.И. Кудряшов, Л.В. Селезнев, Д.В. Синицын, Нелинейный режим возбуждения поверхностной электромагнитной волны на поверхности кремния интенсивным фемтосекундным лазерным импульсом // Письма в ЖЭТФ 97, 3, 139-144 (2013).
    A.A. Ionin, S.I. Kudryashov, L.V. Seleznev, D.V. Sinitsyn, V.I. Emel’yanov, Nonlinear Regime of the Excitation of a Surface Electromagnetic Wave on the Silicon Surface by an Intense Femtosecond Laser Pulse // JETP Letters 97, No. 3, pp. 121–125 (2013).
  9. A.A. Ionin, Y.M. Klimachev, A.Y. Kozlov, S.I. Kudryashov, A.E. Ligachev, S.V. Makarov, L.V. Seleznev, D.V. Sinitsyn, A.A. Rudenko, R.A. Khmelnitsky, Direct femtosecond laser fabrication of antireflective layer on GaAs surface // Applied Phys. B 111, 419-423 (2013).
  10. A.A. Ионин, С.И. Кудряшов, А.Е. Лигачев, С.В. Макаров, Н.Н. Мельник, А.А. Руденко, Л.В. Селезнев, Д.В. Синицын, Р.А. Хмельницкий, Усиление локального электромагнитного поля за счет металлических поверхностных периодических структур, полученных при помощи фемтосекундных лазерных импульсов // Квант. Электрон. 43 (4), 304-307 (2013).
    A.A. Ionin, S.I. Kudryashov, A.E. Ligachev, S.V. Makarov, N.N. Mel’nik, L.V. Seleznev, D.V. Sinitsyn, A.A. Rudenko, R.A. Khmelnitsky, Local field enhancement on metallic periodic surface structures produced by femtosecond laser pulses // Quant. Electron. 43 (4), 304-307 (2013). – http://www.turpion.org/php/paper.phtml?journal_id=qe&paper_id=15105
  11. М.А. Губко, А.А. Ионин, С.И. Кудряшов, С.В. Макаров, А.А. Руденко, Л.В. Селезнев, Д.В. Синицын, Фокусировка интенсивных поверхностных электромагнитных волн фемтосекундной длительности // Письма в ЖЭТФ 97 (10), 687-692 (2013).
    M.A. Gubko, A.A. Ionin, S.I. Kudryashov, S.V. Makarov, A.A. Rudenko, L.V. Seleznev, D.V. Sinitsyn, Focusing of intense femtosecond surface plasmon-polaritons // JETP Lett. 97 (10), 599-603 (2013).