等离激元特异介质的光波磁有序响应及其与磁性材料的耦合特性

基本信息
批准号:11774053
项目类别:面上项目
资助金额:62.00
负责人:董正高
学科分类:
依托单位:东南大学
批准年份:2017
结题年份:2021
起止时间:2018-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:李家奇,李杰,王英华,金仁超,朱明洁,张雅茜
关键词:
特异介质表面等离激元等离激元光子学纳米光子学
结项摘要

Optical magnetism can be realized by plasmonic metamaterials, broken the limitation of natural materials that only interact with electric-field component of light, and thus obtain special optical phenomena and functions with important value of research. However, most of the optical magnetism was just a magnetic dipolar resonance based on the typical split-ring structure, a systematic development toward the abundant magnetic-ordering responses is not yet emerging. We will design optimized metamaterials with various optical magnetic-ordering responses (e.g., cycloidal ordering), to study the underlying spin-orbit interaction and corresponding optical properties theoretically, numerically, and experimentally. Inspired by the magnetoelectric effect due to non-collinear magnetic orderings in multiferroic materials, we will study the plasmon-induced ferroelectricity proposed in this project. In addition, by introducing the traditional magnetic materials, we will study the coupling composite of such two magnetic systems in terms of the enhanced magneto-optical effects, tunability of surface plasmon propagation through applied magnetic field, and the magnetic interchange effect between the artificial magnetic-ordering response and the atomic magnetic moment (magnetic domain) in traditional magnetic materials. Studies as mentioned above will reveal novel physical effects in plasmonic metamaterials with optical magnetic-ordering responses, enriching the knowledge of coupling phenomena between optical, magnetic, and electric physics in plasmonic metamaterials, and thus promote the development of novel functional materials and devices in nano-optics.

等离激元特异介质可实现光波磁响应,从而打破自然材料仅对光波电场分量响应的限制,获得特殊的光学现象和功能,具有重要的研究价值。然而,多数光波磁响应仅是在开口环原型结构之上的磁偶极共振,尚未系统推进到丰富的磁有序响应领域。我们将优化设计特异介质,获得各类光波磁有序响应(如摆线型螺旋磁有序),通过理论、仿真、实验研究其中的自旋-轨道相互作用以及相应的光学特性。受启发于多铁材料中非共线磁有序引起的磁电效应,本申请书还提出探索等离激元诱导铁电性这一研究内容。此外,我们将引入传统磁性材料,研究两类磁系统耦合时对磁性材料原有磁光效应的增强特性、外磁场调控的等离激元传输特性、以及人工光波磁有序响应与传统磁性材料的原子磁矩(磁畴)之间的交互作用。上述研究可望揭示等离激元特异介质中光波磁有序响应的新颖物理效应,丰富本领域对等离激元特异介质光、磁、电耦合现象的认识,促进纳米光子学相关的新型功能材料和器件开发。

项目摘要

传统光学材料仅对光波电场偏振有极化响应,掩盖了电磁二元对偶相关的丰富光学特性。本项目基于等离激元超构表面的光波磁响应优化设计,结合当前矢量光束、涡旋光束等不均匀光场的研究进展,实现了超构表面对强度、偏振、相位灵活调控下产生的径向磁序、角向磁序、摆线磁序等光场,从理论、仿真、实验的角度研究了各类磁序、电偏振序光场在超构棱镜下多维度、自旋解耦、多功能的紧聚焦特性、多通道编码的灰度显示特性。另一方面,我们还研究了上述光场类比多铁材料磁电耦合效应的光诱导电学效应、对微小颗粒的俘获力、牵引力、横向力等新颖光力效应。相关研究内容很大程度上丰富了不均匀超构表面的复杂光场调控,在纳米光子学器件方面有相应的应用拓展。此外,我们还在超构材料设计中引入磁场偏置的旋光材料,如锑化铟、钇铁石榴石(YIG)等,理论研究了该类复合体系(多层膜、梯度波导、环形棒阵列等)中外加磁场调控的磁等离激元非互易光传输特性、慢光甚至光停驻效应。相关研究的部分结论已经发表在领域内的国际学术刊物上,具有重要的学术价值和一定的应用意义。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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