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一维金属光栅嵌入磁性介质纳米结构下的横向磁光克尔效应的增强 陈聿 刘垄 黄忠 屠林林 詹鹏 Great enhancement of transversal magneto-optical Kerr effect for magnetic dielectric film embedded by one-dimensional metallic grating Chen Yu Liu Long Huang Zhong Tu Lin-Lin Zhan Peng 引用信息 Citation: Acta Physica Sinica, 65,

147302 (2016) DOI: 10.

7498/aps.65.147302 在线阅读View online: http://dx.doi.org/10.7498/aps.65.147302 当期内容View table of contents: http://wulixb.iphy.ac.cn/CN/Y2016/V65/I14 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 基于金属-电介质-金属波导结构的等离子体滤波器的数值研究 Numerical study of plasmonic filter based on metal-insulator-metal waveguide 物理学报.2016, 65(5):

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207301 http://dx.doi.org/10.7498/aps.64.207301 物理学报Acta Phys. Sin. Vol. 65, No.

14 (2016)

147302 一维金属光栅嵌入磁性介质纳米结构下的 横向磁光克尔效应的增强? 陈聿 刘垄 黄忠 屠林林 詹鹏? (南京大学物理学院, 固体微结构物理国家重点实验室, 南京 210093) (

2016 年4月15 日收到;

2016 年5月12 日收到修改稿 ) 本文在一维金属光栅嵌入磁性介质的体系中实现了横向磁光克尔效应的增强. 通过最优化金属光栅的嵌 入深度来有效激发磁性介质中的波导模式与金属条带上的局域等离激元模式, 从而使横向磁光克尔效应的响 应得到巨大增强. 本文提出了一种用于增强横向磁光克尔效应的新型等离激元微纳结构, 这种结构可以应用 于高性能磁光器件的设计. 关键词: 表面等离激元, 横向磁光克尔效应, 磁性介质, 波导模式 PACS: 73.20.Mf, 85.70.Sq, 87.10.Kn DOI: 10.7498/aps.65.147302

1 引言一束入射光进入被磁化的物质内部进行传 输或者在物质界面发生反射时, 光的传播特性, 例如偏振面、相位或者散射特性会发生变化, 这 个物理现象称为磁光效应 [1] . 磁光法拉第效应 (magneto-optical Faraday e?ect) 和磁光克尔效应 (magneto-optical Kerr e?ect)是磁光效应中被人们 最为熟知的两种. 其中磁光克尔效应是指当光在 物体表面反射时偏振面发生旋转的现象. 根据物 体的磁化强度与物体表面和入射面的相对取向磁 光克尔效应可以分为三种类型: 当物质的磁化强 度同时平行于电磁波入射面和物体表面时为纵向 磁光克尔效应 (longitudinal magneto-optical Kerr e?ect, LMOKE);

当磁化强度平行于电磁波入射面 并且垂直于物体表面时为极向磁光克尔效应(polar magneto-optical Kerr e?ect);

当磁化强度垂直于 入射面并且平行于物体表面时为横向磁光克尔效 应(transversal magneto-optical Kerr e?ect). 由于 磁光克尔效应在三维成像 [2] 、 磁光数据储存等 [3] 实 际应用中具有巨大的潜力, 近几十年来一直是许多 研究人员关注的焦点. 但是磁光效应在天然铁磁 性材料 (例如铁、 钴、 镍等磁性金属) 上的响应极其 微弱, 很难直接满足于实际的应用. 最近几年, 人 们提出了光子晶体 [4,5] 及化学合成新型磁性材料 等[6] 有效的方法来实现磁光响应的提高. 表面等离激元(surface plasmons, SPs)是费米 能级附近导带上的自由电子由于外部电磁波的诱 导在金属与介质界面上发生集体振荡而产生的电 磁模 [7] , SPs 可以把电磁场局限在金属附近的纳米 尺度范围内并且使其得到极大增强. 利用 SPs 的 这个特性, 可以使许多光学线性与非线性效应得 到显著增强. 最近几年, 国际上已经出现了许多利 用SPs 结合磁性材料实现对磁光效应增强的研究 工作 [8?10] . 特别是, 将SPs 结合磁性材料用于增 强TMOKE 的想法也相继被提出. 例如, 研究人员 通过设计贵金属/铁磁性金属/贵金属三层纳米结 构[11?13] , 利用 SPs 的激发, 将电磁场局域在铁磁 性金属周围, 并通过外加磁场改变其磁化强度, 影响SPs 激发的本征波矢, 从而在 SPs 共振位置处使 TMOKE响应提高了数倍. 由于铁磁性金属极高的 ? 国家自然科学基金 (批准号: 11274160) 和国家自然科学基金重大研究计划 (批准号: 91221206) 资助的课题. ? 通信作者. E-mail: [email protected] ?