Актуальные проблемы нанооптики |
Разделы |
1. Физические основы субволновой оптики и микроскопии ближнего поля Локализованные оптические поля. Примеры эванесцентных полей. Способы создания и детектирования.Поле электрического диполя в ближней и дальней зонах.Прохождение света через субволновое отверстие в металлическом экране. Плотность энергии поля в ближней зоне. Поток энергии в дальнюю зону. Формула Бете. Комплексный поток. Прохождение света через металлизированные оптоволоконные нановолноводы и цилиндрические субволновые каналы в металле. ТМ- и ТЕ-моды. Эффект отсечки. Электромагнитные поля в конусе с идеально проводящими стенками. Сужающиеся оптические зонды ближнего поля и конвертеры для преобразования излучения в локализованные световые поля. Принцип действия и применения. Коэффициенты пропускания в ближнюю и дальнюю зоны. Полупроводниковые оптические нановолноводы с металлическим покрытием. Плазмонные нановолноводы. Дифракция световых волн на периодической системе нанометровых дырок в металлической пленке. Эффект Эббесена. Микроскопы ближнего поля апертурного и рассеивающего типов. |
2. Теория поглощения и рассеяния света малыми частицами Теория Ми для однородного шара. Вклады TM и TE мод различного порядка мультипольности в сечения поглощения и рассеяния света.Обобщение теории на случай многослойных концентрических сфер.Квазистатическое приближение. Аналитические решения для шара и сфероида. Моды шепчущей галереи в диэлектрическом и полупроводниковом шарах.Полное сечение экстинкции. Конкуренция процессов поглощения и рассеяния света. |
3. Структура и свойства металлических наночастиц и кластеров. Локализованные поверхностные плазмоны Теоретические подходы и методы описания электронной структуры и свойств наночастиц и кластеров.Электронная структура металлических кластеров.Локальная диэлектрическая функция благородных металлов: вклад свободных и связанных электронов. Локализованные поверхностные плазмоны. Дипольные и мультипольные резонансы. Частота Фрелиха.Размерные и нелокальные эффекты в металлических наночастицах. |
4. Оптика гибридных двухслойных и трехслойных наночастиц металл/диэлектрик и металл/полупроводник. Эффекты плазмон-экситонного взаимодействия Металлические нанооболочки с диэлектрическим (полупроводниковым) ядром.Приложения к медицине и разработке эффективных фотовольтаических элементов.Молекулярные J-агрегаты органических красителей. Диэлектрические свойства и спектральные характеристики. Экситоны Френкеля. Двухслойные и трехслойные частицы с металлическим ядром и внешней J-агрегатной оболочкой.Аналитическая модель для частот гибридных мод композитной системы. Металличекие нанооболочки, покрытые J-агрегатами красителей.Взаимодействие экситонов Френкеля с дипольными и мультипольными плазмонами. Режимы слабой и сильной связи. Эффекты формы и размера.Управление оптическими свойствами гибридных наносистем. |
5. Структура и оптические свойства полупроводниковых квантовых точек и квантовых ям Квантоворазмерные эффекты.Электронная структура.Спектры поглощения и фотолюминесценции квантовых точек. Гибридные квантовые точки “ядро-оболочка” сферической и сложной формы (нанотетраподы). Спектроскопия квантовых ям. |
6. Органические светоизлучающие диоды (OLED) Основные компоненты устройства. Принцип функционирования OLED.Процессы и механизмы электролюминесценции.Ферстеровский механизм переноса энергии экситонного возбуждения от органических молекул в транспортных слоях диода квантовым точкам. Специфика органических светодиодов на квантовых точках (QD-OLED). Электрофизические параметры и излучательные характеристики OLED. |
7. Эффекты взаимодействия света и локализованных полей с наноструктурами и атомно-молекулярными системами Спонтанный распад атомов в резонаторах, вблизи металлических поверхностей и нанотел. Эффект Парселла.Плазмонно-усиленная фотолюминесценция квантовых точек.Гигантское комбинационное и глобулярное рассеяние света. Взаимодействие света с периодическими микро и наноструктурами. Фотонные кристаллы. Формирование наноструктур с помощью локализованных оптических полей и ультракоротких лазерных импульсов. |
Литература |
1. D. W. Pohl, Optics at the nanometre scale, Phil. Trans. R. Soc. Lond. A, Vol. 362, pp. 701–717 (2004). |
2. Л. Новотный, Б. Хехт, Основы нанооптики, М. Физматлит, 2009. – 484 с. |
3. В.В. Климов, Наноплазмоника, М. Физматлит, 2010. – 480 с. |
4. Nanophotonics and Nanofabrication, edited by M. Ohtsu, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KgaA, Wenheim, 2009. |
5. Nanophotonics with surface plasmons, edited by V.M. Shalaev and S. Kawata, Elsevier, Amsterdam, First edition, 2007. |
6. В.С. Лебедев, Т.И. Кузнецова. Преобразование оптического излучения в поля субволновых масштабов в конусообразных полупроводниковых волноводах. В кн.: «Оптическая спектроскопия и стандарты частоты» под редакцией Е.А.Виноградова и Л.Н. Синицы, Том 3, Глава 2, Раздел 2.6, сс. 331-356, Издательство института оптики атмосферы СО РАН, Томск 2009. |
7. Т.И. Кузнецова, В.С. Лебедев. Прохождение световых волн через наноапертуру цилиндрического волновода. В кн.: «Оптическая спектроскопия и стандарты частоты» под редакцией Е.А. Виноградова и Л.Н. Синицы, Том 3, Глава 2, Раздел 2.7, сс. 356-400, Издательство института оптики атмосферы СО РАН, Томск 2009. |
8. В.И. Ролдугин, Квантоворазмерные металлические коллоидные системы, Успехи химии, Том 69, № 10, сс. 899-923 (2000). |
9. W.A. de Heer, The physics of simple metal clusters: experimental aspects and simple models, Rev. Mod. Phys., Vol. 65, № 3, pp. 611-676 (1993). |
10. Р.Б. Васильев, Д.Н. Дирин, А.М. Гаськов, Полупроводниковые наночастицы с пространственным разделением носителей заряда: синтез и оптические свойства, Успехи химии, Том 80, № 12, сс. 1190-1210 (2011). |
11. D. Bera, L. Qian, T.-K. Tseng, P.H. Holloway, Quantum Dots and Their Multimodal Applications: A Review, Materials, Vol. 3, pp. 2260-2345 (2010). |
12. Б.И. Шапиро, “Блочное строительство” агрегатов полиметиновых красителей, Российские нанотехнологии, Том 3, № 3-4, сc. 72-83 (2008). |
13. М.Н. Бочкарев, А.Г. Витухновский, М.А. Каткова, Органические светоизлучающие диоды (OLED). – Н. Новгород: ДЕКОМ, 2011. – 364 с. |
14. А.Н. Ораевский, Спонтанное излучение в резонаторе, Успехи физических наук, Том 164, № 4, сс. 415-427 (1994). |
15.J.S. Biteen, L.A. Sweatlock, H. Mertens, N.S. Lewis, A. Polman, H.A. Atwater, Plasmon-Enhanced Photoluminescence of Silicon Quantum Dots: Simulation and Experiment, J. Phys. Chem. C, Vol. 111, pp. 13372-13377 (2007). |
16. К.К. Пучов, Т.Т. Басиев, Ю.В. Орловский, Спонтанное излучение в диэлектрических наночастицах, Письма в ЖЭТФ, Том 88, № 1, сс. 14-20 (2008). |
17. Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. Электродинамика сплошных сред (Наука, Москва, 1982). |
18. Л.А. Вайнштейн. Электромагнитные волны (Изд. “Советское радио”, Москва, 1957). |
19. Д. Маркузе. Оптические волноводы (Мир, Москва, 1974). |
20. К. Борен, Д. Хафмен, Поглощение и рассеяние света малыми частицами (М.: Мир, 1986). |
Дополнительная литература |
1. B. Hecht, B. Sick, U.P. Wild, V. Deckert, R. Zenobi, O.J.F. Martin, D.W. Pohl, Scanning near-field optical microscopy with aperture probes: Fundamentals and applications, J. Chem. Phys., Vol. 112, pp. 7761-7774 (2000). |
2. W. Barnes, Surface plasmon–polariton length scales: a route to sub-wavelength optics, J. Opt. A: Pure Appl. Opt., Vol. 8, p. S87 (2006). |
3. T.I. Kuznetsova, V.S. Lebedev, Complex Flow and Reflection of the Evanescent Waves From a Nanometer-Sized Hole in a Cylindrical Waveguide, Phys. Rev. E, Vol. 78, 016607-15 (2008). |
4. Т.И. Кузнецова, В.С. Лебедев. Локализация световой энергии на нанометровых масштабах в кремниевом конусе. Письма в ЖЭТФ, Том. 79, № 2, сс. 70-74 (2004). |
5. T.I. Kuznetsova, V.S. Lebedev, Transmission of Visible and Near-Infrared Radiation Through a Near-Field Silicon Probe, Phys. Rev. B, Vol. 70, № 3, 035107, pp. 1-12 (2004). |
6. S.K. Sekatskii, Fluorescence resonance energy transfer scanning near-field optical microscopy, Phil. Trans. R. Soc. Lond. A, Vol. 362, pp. 901–919 (2004). |
7. J. R. Krenn, J.-C. Weeber, Surface plasmon polaritons in metal stripes and wires, Phil. Trans. R. Soc. Lond. A, Vol. 362, pp. 739–756 (2004). |
8. A. Hartschuh, M.R. Beversluis, A. Bouhelier, L. Novotny, Tip-enhanced optical spectroscopy, Phil. Trans. R. Soc. Lond. A, Vol. 362, pp. 807–819 (2004). |
9. B. Hecht, Nano-optics with single quantum systems, Phil. Trans. R. Soc. Lond. A, Vol. 362, pp. 881–899 (2004). |
10. P. Lodahl, A. F. van Driel, I.S. Nikolaev, A. Irman, K. Overgaag, D. Vanmaekelbergh, W.L. Vos, Controlling the dynamics of spontaneous emission from quantum dots by photonic crystals, Nature, Vol. 430, pp. 654-657 (2004). |
11. Photonic Bandgaps and Localization, Ed. C.M. Soukoulis, Plenum Press, New York 1993. |
12. Confined Electrons and Photons: New Physics and Applications, Eds. E. Burstein, C. Weisbuch, Plenum Press, New York 1995. |
13. V.P. Bykov, Radiation of Atoms in a Resonant Environment, World Scientific, Singapore 1993. |
14. S.J. Oldenburg, R.D. Averitt, S.L. Westcott, N.J. Halas. Nanoengineering of optical resonances, Chem. Phys. Lett., Vol. 288, p. 243 (1998). |
15. J.M. Steele, N.K. Grady, P. Nordlander, N.J. Halas. Plasmon hybridization in complex nanostructures, in: Surface Plasmon Nanophotonics, Springer Series in Optical Sciences, Vol. 131, p. 183 (2007). |
16. N.T. Fofang, T.-H. Park, O. Neumann, N.A. Mirin, P. Nordlander, N. Halas, Plexcitonic Nanoparticles: Plasmon-Exciton Coupling in Nanoshell–J-Aggregate Complexes, Nano Lett., Vol. 8, p. 3481 (2008). |
17. В.С. Лебедев, А.С. Медведев, Эффекты плазмон-экситонного взаимодействия при поглощении и рассеянии света двухслойными наночастицами металл/J-агрегат, Квантовая электроника, Том 42, № 8, сс. 701-713 (2012). |
18. А.А. Ващенко, В.С. Лебедев, А.Г. Витухновский, Р.Б. Васильев, И.Г. Саматов. Электролюминесценция квантовых точек CdSe/CdS и перенос энергии экситонного возбуждения в органическом светоизлучающем диоде, Письма в ЖЭТФ, Том 96, cc. 118-122 (2012). |
19. N.I. Zheludev, Single nanoparticle as photonic switch and optical memory element, J. Opt. A: Pure Appl. Opt., Vol. 8, pp. S1-S8 (2006). |
20. В.П. Крайнов, М.Б. Смирнов, Эволюция больших кластеров под действием ультракороткого сверхмощного лазерного импульса, Успехи физических наук, Том 170, № 9, сс. 969-990 (2000). |