SURFACE PLASMON-POLARITONS IN THE VO 2 -DIELECTRIC-METASURFACE STRUCTURE BASED ON GRAPHENE IN AN EXTERNAL MAGNETIC FIELD

M. O. Usik; Усик М. О.; D. A. Kuzmin; Кузьмин Д. А.; I. V. Bychkov; Бычков И. В.; A. S. Bugaev; Бугаев А. С.; V. G. Shavrov; Шавров В. Г.

doi:10.31857/S2686740023040144

ПОВЕРХНОСТНЫЕ ПЛАЗМОН-ПОЛЯРИТОНЫ В СТРУКТУРЕ VO₂–ДИЭЛЕКТРИК–МЕТАПОВЕРХНОСТЬ НА ОСНОВЕ ГРАФЕНА ВО ВНЕШНЕМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ

Авторы: Усик М.О.¹, Кузьмин Д.А.¹, Бычков И.В.¹, Бугаев А.С.², Шавров В.Г.²
Учреждения:
1. Челябинский государственный университет
2. Институт радиотехники и электроники имени В.А. Котельникова Российской академии наук
Выпуск: Том 511, № 1 (2023)
Страницы: 29-36
Раздел: ФИЗИКА
URL: https://journals.rcsi.science/2686-7400/article/view/135935
DOI: https://doi.org/10.31857/S2686740023040144
EDN: https://elibrary.ru/ZNQQPY
ID: 135935

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Приводятся результаты исследования диаграмм направленности распространения поверхностных плазмон-поляритонов в слоистой структуре VO₂–SiO₂–гиперболическая метаповерхность на основе графена под воздействием внешнего магнитного поля до и в начале фазового перехода диоксида ванадия. В результате расчетов показано, как меняется изочастотный контур поверхностных плазмонов с учетом разного направления внешнего магнитного поля. Также показано, как внешнее магнитное поле влияет на направление статического намагничивания, вызванного обратным эффектом Фарадея. Данная работа может предложить дополнительные способы управления распространением поверхностных плазмонов, а также стать основой для изучения новых самонастраиваемых (саморегулирующихся) структур.

Ключевые слова

поверхностные плазмон-поляритоны, графен, гиперболическая метаповерхность, диоксид ванадия, обратный эффект Фарадея

Список литературы

Peterseim T., Dressel M., Dietrich M., and Polity A. Optical properties of VO2 films at the phase transition: Influence of substrate and electronic correlations // J. Appl. Physics. 2016. V. 120. P. 075102.
Koledov V.V., Shavrov V.G., Shahmirzadi N.V., Pakizeh T., Kamantsev A.P., Kalenov D.S., Parkhomenko M.P., von Gratowski S.V., Irzhak A.V., Serdyuk V.M., Titovitsky J.A., Komlev A.A., Komlev A.E., Kuzmin D.A., Bychkov I.V., Yupapin P. Interaction of electromagnetic waves with VO2 nanoparticles and films in optical and millimetre wave ranges: Prospective for nano-photonics, nano-antennas, and sensors // IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conference Series. 2018. V. 1092. P. 012108.
Бычков И.В., Кузьмин Д.А., Толкачев В.А., Каман-цев А.П., Коледов В.В., Шавров В.Г. Дифракция плоской электромагнитной волны на микрошаре из VO2 в области фазового перехода // Физика твердого тела. 2020. Т. 62. № 6. С. 885–889.
Kamantsev A.P., Koledov V.V., Shavrov V.G., Kalenov D.S., Parkhomenko M.P., von Gratowski S.V., Shahmir-zadi N.V., Pakizeh T., Irzhak A.V., Serdyuk V.M., Titovitsky J.A., Novoselova I.P., Komlev A.A., Komlev A.E., Kuzmin D.A., Bychkov I.V. Interaction of Optical and EHF Waves With VO2 Nanosized Films and Particles // IEEE J. Electromagnetics, RF, and Microwaves in Medicine and Biology. 2019. V. 3. № 1. P. 17–24.
Lysenko S., Vikhnin V., Rua A., Fernandez F., and Liu H. Critical behavior and size effects in light-induced transition of nanostructured VO2 films // Physical Review B. 2010. V. 82. P. 205425.
Chen C., Wang R., Shang L., and Guo C. Gate-field-induced phase transitions in VO2: monoclinic metal phase separation and switchable infrared reflections // Appl. Physics Letters. 2008. V. 93. P. 171101.
Rini M., Cavalleri A., Schoenlein R.W., López R., Feldman L.C., Haglund R.F., Boatner L.A., and Haynes T.E. Photoinduced phase transition in VO2 nanocrystals: ultrafast control of surface-plasmon resonance // Optics Letters. 2005. V. 30. P. 558.
Othman M.A.K., Guclu C., and Capolino F. Graphene-based tunable hyperbolic metamaterials and enhanced near-field absorption // Optics Express. 2013. V. 21. P. 7614.
Gomez-Diaz J.S., Tymchenko M., and Alù A. Hyperbolic Plasmons and Topological Transitions Over Uniaxial Metasurfaces // Physical Rview Letters. 2015. V. 114. P. 233901.
Gomez-Diaz J.S., Alu A. Flatland Optics with Hyperbolic Metasurfaces // ACS Photonics. 2016. V. 3. P. 2211.
LeBlanc S.J., McClanahan M.R., Jones M., Moyer P.J. Enhancement of Multiphoton Emission from Single CdSe Quantum Dots Coupled to Gold Films // Nano Letters. 2013. V. 13. P. 1662.
Razdolski I., Makarov D., Schmidt O.G., Kirilyuk A., Theo Rasing T., Temnov V.V. Nonlinear Surface Magnetoplasmonics in Kretschmann Multilayers // ACS Photonics. 2016. V. 3. P. 179.
Андреев В.Н., Климов В.А. Электропроводимость полупроводниковой фазы в монокристаллах диоксида ванадия // Физика твердого тела. 2007. Т. 49. С. 2146.
Zilbersztejn A., Mott N.F. Metal-insulator transition in vanadium dioxide // Physical Review B. 1975. V. 11. P. 4383.
Bychkov I.V., Kuzmin D.A., Tolkachev V.A., Plaksin P.S., Shavrov V.G. Plasmon mediated inverse Faraday effect in a graphene–dielectric–metal structure // Optics Letters. 2018. V. 43. P. 26.
Gomez-Diaz J.S., Tymchenko M., Alù A. Hyperbolic metasurfaces: surface plasmons, light-matter interactions, and physical implementation using graphene strips // Optical Material Express. 2015. V. 5. № 10. P. 2313.
Falkovsky L.A. Optical Properties of Graphene and IV–VI Semi-conductors // Phys-Usp. 2008. V. 51. P. 887.
Thomas M., Chain E.E. Optical properties and electron energy-loss diagnostics of vanadium dioxide thin films // Thin Solid Films. 1991. V. 204. P. 487.
Masato Tazawa, Ping Jin, and Sakae Tanemura. Optical constants of V1–xWxO2 films // Applied Optics. 1998. V. 37. P. 1858.
Kuzmin D.A., Bychkov I.V., Shavrov V.G., Temnov V.V., Lee H.I., Mok J. Plasmonically induced magnetic field in graphene-coated nanowires // Optics Letters. 2016. V. 41. P. 396.