Микро- и наноструктуры на основе эпитаксиальных пленок феррита-граната для магнитной сенсорики тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.07, кандидат наук Гусев Николай Александрович

• Гусев Николай Александрович
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Гусев Николай Александрович

Введение

Глава 1. Феррит-гранат и магнитные измерения: сведения из литературы

1.1 Феррит-гранат: общие сведения, физические, магнитные и оптические свойства

1.2 Свойства наноструктур на основе ЭПФГ с плазмонным покрытием

1.3 Феррит-гранат в магнитометрии: измерение магнитного поля с индукционным считыванием

1.4 Динамика перемагничивания пленок феррита-граната

1.5 Сверхчувствительная магнитометрия: современное состояние

Глава 2. Магнитоплазмонные цилиндрические наностержни с циркулярной намагниченностью для магнитных измерений

2.1 Магнитометрия и магнитоплазмонные наностержни

2.2 Дисперсионное уравнение для магнитоплазмонных наноцилиндров и его решение

2.3 Эффект магнитооптической невзаимности в магнитоплазмонных наностержнях

2.4 Обсуждение результатов

Выводы к Главе

Глава 3. Магнитооптическая невзаимность в цилиндрических

плазмонных нановолноводах с азимутальной намагниченностью

3.1 Коаксиальные и цилиндрические нановолноводы и

магнитоплазмоника

2.3 Дисперсионное уравнение для магнитоплазмонных нановолноводов

и его решение. Классификация мод

3.3 Эффект магнитооптической невзаимности в магнитоплазмонных

нановолноводах: результаты и обсуждение

Выводы к Главе

2

Глава 4. Регистрация магнитного сигнала от биологического объекта с помощью магнитомодуляционного метода, использующего микроструктуру из феррита-граната

4.1 Основные аспекты задачи измерения биомагнитных полей с помощью магнитомодуляционного сенсора

4.2 Микроструктура на основе феррита-граната для измерения сверхслабых магнитных полей. Теоретическая оценка предельной чувствительность сенсора

4.3 Измерение магнитного поля от сердца крысы и человека: описание эксперимента

4.4 Измерение магнитного поля от сердца крысы: результаты и обсуждение

4.5 Измерение магнитного поля от сердца человека: результаты и

обсуждение

Выводы к Главе

Глава 5. Измерение магнитного поля с помощью магнитоплазмонного кристалла и продольного интенсивностного магнитооптического

эффекта

5.1 Оптические измерения магнитных полей и плазмонный

кристалл

5.2. Меридиональный интенсивностный магнитооптический эффект в магнитоплазмонных кристаллах с различными параметрами: описание и результаты эксперимента

5.3 Измерение магнитного поля с помощью меридионального интенсивностного эффекта: теория метода

5.4 Регистрация слабого магнитного поля с помощью магнитоплазмонного кристалла: экспериментальная методика и

обсуждение результатов

Выводы к Главе

Заключение

3

Благодарности

Список литературы

Введение.

В современном мире невозможно недооценить роль магнитных измерений для прогресса и человеческой жизни. С измерениями магнитных полей мы сталкиваемся во всех отраслях промышленности и повседневной жизни: магнитные рамки на охраняемых объектах, магнито-резонансная томография в медицине, методы неразрушающего контроля на производстве, различные магнитосчитывающие головки и магнитные диски в вычислительной технике, поиск полезных ископаемых в геологии и артефактов в археологии, и, безусловно, навигация.

Опираясь на последнее обстоятельство можно утверждать, что магнитные измерения уходят глубоко корнями в человеческую историю: первым магнитным измерением можно считать ориентацию магнитной стрелки в магнитном поле Земли, а первым магнитометром - компас, который использовался в Китае еще до нашей эры для путешествия в пустынях [1], а в начале второго тысячелетия нашел свое применение у арабов и европейцев для морской навигации [2].

Компас - магнитоизмерительный прибор, который регистрирует всего

один параметр - направление вектора магнитного поля Земли. В наши дни

благодаря техническому прогрессу и бурному технологическому росту,

магнитные измерения гораздо шире вошли в нашу современную жизнь, а

количество и разнообразие методик измерения магнитных полей сравнимо

разве что с разнообразием методик регистрации электромагнитных волн.

Действительно, как и в случае электромагнитных волн, для магнитных полей

для каждого участка соответствующей шкалы величин существует своя

методика регистрации, основанная на собственных физических явлениях [3].

Это может быть обычный эффект электромагнитной индукции или эффект

Холла, Эффект гигантского магнитного импеданса или магнитный

гистерезис ферромагнитной пленки (на котором основана модуляция

магнитной проницаемости), квантовые эффекты, такие как эффект

гигантского магнитного сопротивления, эффект Джозефсона и эффект

5

Зеемана. В последнем случае для измерения магнитного поля потребуется оптическая схема считывания.

Поскольку магнитное поле является векторной полевой величиной -каждая методика имеет свои сильные и слабые стороны для пространственных, временных и компонентных измерений магнитного поля. Более того, большинство методик, перечисленных выше, уже достигли своих технологических пределов по чувствительности к величине магнитного поля. В частности, данный факт относится к наиболее эффективным методикам, связанным с классическими (электродинамическими) физическими явлениями, которые допускают качественные временные, пространственные и векторные измерения магнитных полей и требуют небольших затрат энергии.

Тем не менее, использование последних достижений физики и технологии материалов и метаматериалов здесь могло бы дать некоторые результаты. Привлечение в магнитометрию нового класса материалов, ферритов гранатов, обладающих уникальными магнитными и магнитооптическими свойствами (малая, до 10-5, величина параметра магнитной диссипации, высокая оптическая прозрачность, структурное совершенство и технологическая гибкость) могло бы решить вышеописанную проблему. Более того, совместное использование ферритов гранатов вместе с оптическими гетероструктурами и плазмонными метаматериалами позволяет не только развить существующие, но и предложить новые физические принципы для магнитных измерений.

Настоящая работа посвящена экспериментальном и теоретическому исследованию различных физических нано- и микроструктур, использующих феррит-гранат, на основе которых могут быть развиты существующие и разработаны новые методики измерений магнитных полей.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Микро- и наноструктуры на основе эпитаксиальных пленок феррита-граната для магнитной сенсорики»

Актуальность работы в первую очередь связана с важностью развития

физических принципов магнитометрии с высокой чувствительностью и

возможностью широкополосных векторных измерений магнитных полей с

6

большим пространственным разрешением и низким энергопотреблением. Подобные методики магнитных измерений представляют интерес для биомагнетизма, промышленных и оборонных применений. Кроме того, понимание магнитных и магнитооптических явлений в метаматериалах использующих феррит-гранат имеет фундаментальную ценность в связи со стабильным ростом интереса со стороны различных научных направлений к данному материалу.

Целью диссертационной работы является теоретические и экспериментальное изучение оптических, магнитооптических и магнитных свойств магнитных микро- и наноструктур, содержащих плёнки феррита-граната с точки зрения применимости таких структур для магнитометрии с высокой чувствительностью и большим пространственным разрешением. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Теоретическое рассмотрение магнитооптических дисперсионных свойств плазмонных цилиндрических наностержней в слое из феррита-граната с циркулярной намагниченностью (тороидальным магнитным моментом).

2. Теоретическое рассмотрение магнитооптических дисперсионных свойств плазмонных коаксиальных нановолноводов с заполнением из феррита-граната с циркулярной намагниченностью (тороидальным магнитным моментом).

3. Оценка эффективности сверхчувствительного сенсора магнитного поля на базе микроструктурированной плёнки феррита-граната с помощью постановки эксперимента по измерению пространственно неоднородного магнитного сигнала с амплитудой менее 100 пТл от биологического объекта.

4. Разработка и эксперимнтальная демонстрация сенсора магнитного поля на базе магнитоплазмонного кристалла, в котором магнитное поле регистрируется за счет меридионального интенсивностного

магнитооптического эффекта. Теоретическое описание данного метода измерения магнитных полей.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

1. Впервые теоретически изучено воздействие циркулярной намагниченности (тороидального магнитного момента) на дисперсию собственных волн плазмонного цилиндрического наностержня, находящегося в магнитном материале, и явление магнитооптической невзаимности в такой наноструктуре.

2. Впервые теоретически изучено воздействие циркулярной намагниченности (тороидального магнитного момента) коаксиального нановолновода из плазмонного металла с заполнением из феррита-граната на дисперсию плазмонных волноводных мод и явление их невзаимного распространения.

3. Впервые измерен слабый биомагнитный сигнал с высокой чувствительностью для двух компонент вектора магнитного поля от сердца мелкого лабораторного животного с помощью магнитомодуляционного сенсора магнитного поля, не требующего нагрева или охлаждения измеряющего элемента до низких температур.

4. Впервые измерено пространственное распределение трех компонент вектора магнитного поля сердца человека с помощью магнитомодуляционного сенсора.

5. Впервые продемонстрирован магнитооптический метод измерения магнитного поля с помощью меридионального интенсивностного магнитооптического эффекта в магнитоплазмонном кристалле.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. При распространении поверхностных плазмон-поляритонов вдоль

круглых металлических наностержней в присутствии тороидального

магнитного момента для конфигураций магнитный стержень в

немагнитном диэлектрике и немагнитный стержень в магнитном

8

диэлектрике возникает эффект магнитооптической невзаимности. Эффект максимален для случая наностержней из благородного металла в феррите-гранате и в несколько раз превышает эффект в случае магнитоплазмонного кристалла, намагниченного в экваториальной конфигурации.

2. При распространении поверхностных плазмон-поляритонов в плазмонных коаксиальных нановолноводах из благородного металла, пространство между которыми заполнено циркулярно намагниченным диэлектриком из феррита-граната возникает эффект магнитооптической невзаимности, который максимален для плазмонной моды, локализованной на сердцевине волновода.

3. Сенсор магнитного поля, основанный на плёнке феррита-граната со ступенчатым профилем толщины, позволяет при комнатной температуре проводить векторные измерения магнитных полей величиной 1-100 пТл от биологических объектов с пространственным разрешением.

4. Магнитоплазмонный кристалл, состоящий из золотой субволновой решетки на пленке феррита-граната, позволяет измерять магнитные поля с чувствительностью около 1 нТл/ГцА0.5 и пространственным разрешением 250 мкм за счет меридионального интенсивностного магнитооптического эффекта. Полезный сигнал, соответствующий регистрируемому магнитному полю, прямо пропорционален произведению величины эффекта, коэффициента прохождения плазмонного кристалла и интенсивности падающего излучения.

Достоверность полученных результатов обусловлена адекватностью использованных моделей и подходов, выбранных для решения поставленных задач; корректностью использованных приближений; соответствием результатов теоретических и численных расчетов, результатов качественного

теоретического анализа и экспериментальных данных; согласованием

результатов с общеизвестными фактами из смежных научных областей. Все используемые в экспериментах измерительные приборы были специально адаптированы под соответствующие измерительные задачи, предварительно протестированы, откалиброваны, а эксперименты выполнялись многократно с повторяемыми результатами. Результаты опубликованы в рецензируемых журналах, обсуждены на международных научных конференциях и семинарах, представлены в экспертных советах научных фондов и в Международном консультативном совете Российского Квантового Центра.

Личный вклад автора.

Все представленные в диссертации результаты получены автором лично или при его определяющем участии.

Все представленные теоретические результаты, за исключением соотношений для разложения коэффициента прохождения плазмонного кристалла по гармоникам, получены автором самостоятельно.

Измерение магнитного кардиосигнала проводились автором на установке, собранной на основе изобретения П. М. Ветошко, магнитные кардиосигналы крысы и человека получены автором работы совместно с автором изобретения и при содействии медицинских экспертов из ФГБУ НМИЦ Кардиологии Минздрава России.

Магнитооптические измерения с магнитоплазмонными кристаллами проводились при содействии экспертов по оптическим измерения группы наноплазмоники и сверхбыстрого магнетизма П.О. Капралова и Г.А. Князева.

Содержание диссертации, основные результаты и основные положения, выносимые на защиту, отражают личный вклад автора в опубликованные работы. Подготовка к публикации полученных результатов проводилась совместно с соавторами, при этом вклад диссертанта был определяющим.

Структура

содержание работы.

10

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка цитируемой литературы. Общий объем составляет 149 страниц, 68 рисунков, 3 таблицы и 103 библиографические ссылки.

В Главе 1 представлен обзор данных из научной литературы о ферритах-гранатах, их магнитных и магнитооптических свойствах, а так же о физических принципах магнитомодуляционной и сверхчувствительной магнитометрии. Данные сведения необходимы для понимания содержания следующих четырех глав.

В Главе 2 теоретически рассматривается задача о воздействии циркулярной (круговой) намагниченности на собственные моды плазмонного наностержня. Приводится строгий аналитический и численный анализ картины собственных мод такой структуры для двух конфигураций: стержня из ферромагнитного металла в воздухе и стержня из благородного металла помещенного в феррит-гранат. Выявляется эффект магнитооптической невзаимности, потенциально применимый для оптического измерения магнитного поля, и его зависимость от частоты излучения и геометрических параметров структуры.

В Главе 3 идея эффекта магнитооптической невзаимности распространяется на плазмонные моды коаксиальных нановолноводов из благородного металла с заполнением из феррита граната с циркулярной намагниченностью. Проводится строгий аналитический анализ и приводится численный расчет, сравниваются картина невзаимности плазмонных мод цилиндрического и коаксиального нановолноводов в зависимости от геометрических параметров. Кроме того, уделяется внимание зависимости распределения поля оптической моды от величины внешнего магнитного поля.

В Главе 4 предлагается концепция эксперимента по измерению слабого

магнитного поля от биологического объекта с помощью

магнитомодуляционного сенсора магнитного поля для выявления

предельных возможностей феррозондовой магнитометрии, использующей

11

плёнки феррита-граната. Рассчитываются предельные значения для чувствительности магнитомодуляционного сенсора, использующего сердечник из феррита-граната. Описываются экспериментальное измерение магнитного поля от сердца живого лабораторного животного с помощью магнитомодуляционного сенсора магнитного поля, использующего микроструктуру из феррита-граната, и его результаты. Проверяется пригодность методики, использующей данную физическую структуру, для пространственных и векторных измерений магнитного поля сердца человека.

В Главе 5 демонстрируется совместное использование преимуществ метода магнитомодуляционной магнитометрии на основе магнитного элемента из феррита-граната и плазмонной наноструктуры: представлен эксперимент по регистрации магнитного поля от искусственного источника с помощью меридионального магнитооптического интенсивностного эффекта в плазмонном кристалле. Рассмотрено несколько плазмонных кристаллов, отличающихся параметрами решетки, магнитного слоя и величиной эффекта.

В заключении сформулированы выводы и основные результаты диссертационной работы.

Апробация результатов диссертационной работы.

Результаты работы опубликованы в 6 научных изданиях из списка

ВАК, в том числе 3 Российских и 3 зарубежных, представлены на 14 научных

конференциях: Конференция молодых ученых ИОФ РАН 2014, Школа-

семинар «Волны» 2014 и 2018, Международный симпозиум по магнетизму

«MISM» (Москва, 2014), Международный симпозиум «Нанофизика и

наноэлектроника» (Нижний Новгород, 2015 и 2018), International Baltic

Conference on Magnetism 2015 (Калининград), IX Международная

конференция молодых ученых и специалистов «Оптика - 2015» (Санкт-

Петербург), Сессия Российской Академии Наук по физике магнитных

явлений (Институт физических проблем им. П. Л. Капицы, 2015), VI Euro-

Asian Symposium «Trends in Magnetism» (Красноярск, 2016), IEEE

12

International Magnetics Conference (2017 и 2018), Новое в Магнетизме и Магнитных Материалах (Москва, 2018), 12th International Congress on Artificial Materials for Novel Wave phenomena (Metamaterials), (Эспоо, 2018).

Глава 1. Феррит-гранат и магнитные измерения: сведенья из литературы

1.1 Феррит-гранат: общие сведения, физические, магнитные и оптические свойства

Феррит-гранат относится к семейству ферритов -магнитоупорядоченных веществ с низкой проводимостью, которые, в научной литературе иногда называют «ферромагнитными диэлектриками». Рождением феррита-граната можно считать середину XX века, когда французские и американские ученые открыли его магнитные свойства [4]. В конце XX в СССР существовало целое направление высокотехнологичной промышленности, занимающееся развитием магнитной памяти на феррит-гранатовых пленках, которое позже было свернуто в связи с развитием конкурирующей технологии магнитных жестких дисков и нестабильной экономической ситуацией. Тем не менее, благодаря низким магнитным потерям, большому значению намагниченности насыщения и узкой, несколько эрстед, линии ферромагнитного резонансного поглощения феррит-гранат в настоящее время применяется в СВЧ-устройствах [5]. Благодаря сочетанию достаточно большого эффекта Фарадея [6,7,8,9] с высокой прозрачностью (по сравнению с его металлическим «конкурентами») этот материал нашел широкое применение в магнитооптике. Так же следует отметить большой интерес к ферриту-гранату в связи с обратным эффектом Фарадея и высокодобротными спиновыми волнами, возбуждаемыми в структурах из данного материала [10].

Выращивание ферритов-гранатов осуществляется из оксида железа и оксидов редкоземельных элементов с использованием растворителя, при этом его можно использовать при изготовлении различных многослойных гетероструктур (за счет напыления и отжига) и метаматериалов. Тем не менее, первоочередной интерес для современной науки и техники

представляют эпитаксиальные монокристаллические пленки из данного материала за счет их уникальных свойств [7,11].

В настоящее время рост интереса к ферритам гранатов связан не только с прикладными областями вроде новых магнитооптических устройств, методов и эффектов, или же сенсоров магнитных полей, но и такими более новыми и фундаментальными областями, как спинтроника [12] и бозе-эйнштейновская конденсация магнонов [13]. Последнее обстоятельство связано с перспективой создания энергетически «дешевых» магнитных кубитов, не требующих охлаждения.

Феррит-гранат относится к ферримагнитным материалам, материалам, в которых магнитные моменты атомов различных подрешёток ориентированы антипараллельно, но суммарные моменты подрешёток не равны, за счет чего возникает спонтанная отличная от нуля намагниченность. Весь класс ферритов принадлежит к ферримагнитным материалам.

Феррит-гранат представляет собой феррит иттрия и лантаноидов. Общая формула материала К^¥въОХ2 где Я -редкоземельный элемент или

иттрий Gd, ТО, Dy, Ш, Er, Sm или Eu). В более сложных случаях железо так же может замещаться ионами других металлов. Решетка феррита-граната представляет собой кубическую объёмно-центрированную сингонию, и образована ионами кислорода О ', в пустотах между которым находятся ионы редкоземельных элементов и железа. В структуре граната имеются три типа пустот: тетраэдрические, октаэдрические и додекаэдрические. В первом случае катион металла окружен четырьмя ионами кислорода, во втором шестью, в третьем - восемью. В результате катионы железа Fe обычно занимают тетраэдрические и октаэдрические позиции, а катионы

3+

редкоземельных элементов R додеэкадрические. С учетом распределения катионов по подрешеткам структурная формула феррита-граната имеет вид:

{Яз)3+[Ре2]3+ (Рез)3+(012)3"

-5 -л-л -л-л

В среднем в 1 см содержится 5,0x10 ионов кислорода, 2,1x10 ионов

22

железа и 1,3x10 ионов редкоземельных элементов. Параметр элементарной ячейки составляет 12,372 А [14]. Следует заметить, что большая постоянная решетки критически важна для целого ряда приложений, где требуется высокодобротное перемагничивание однородным вращением намагниченности, которое возможно только при низком количестве дефектов кристаллической структуры на единицу объема магнитного материала.

Рис. 1.1 Кристаллическая структура - железо-иттриевого граната

(ЖИГ).

Магнитная структура феррита-граната определяется обменным взаимодействием ионов разных подрешёток друг с другом. Наиболее сильным является косвенное обменное взаимодействие (сверхобмен), которое приводит к антипараллельному упорядочению магнитных моментов и возникает между тетраэдрическими и октаэдрическими ионами железа. Ионы железа, находящиеся в октаэрдических и тетраэдрических позициях образуют октаэдрическую и тетраэдрическую магнитные подрешетки. Если додекаэдрические позиции заняты магнитными редкоземельными ионами, то они формируют третью магнитную подрешётку - додекаэдрическую. Редкоземельная подрешетка участвует в косвенном обменном взаимодействии редкоземельных ионов с ионами железа в тетраэдрической подрешетке. Таким образом, намагниченность насыщения феррита-граната определяется как векторная сумма намагниченностей отдельных подрешеток:

М = ма+ма + мс

В частности, поскольку иттрий - немагнитный ион, в железо-иттриевом гранате имеются только две магнитные подрешетки.

Изготовление ферритов-гранатов в виде эпитаксиальных пленок (ЭПФГ) дает возможность варьирования их химического состава, а наличие трех катионных позиций позволяет вводить в состав более половины химических элементов таблицы Менделеева, что способствует приданию тем или иным образцам определенных физических свойств и заданию магнитных и оптических параметров. Наличие трех магнитных подрешеток, связанных ферримагнитным взаимодействием, и наведенной магнитной анизотропии

7 3

позволяет варьировать размер доменов (от 10- до 10- м), намагниченность насыщения (от 0 от 1,5 х102 кА/м), постоянную одноосной анизатропии (от -104 до +104 Дж/м3), и что особенно важно, параметр затухания Гильберта (от 10-5 до >1). Такой широкий диапазон изменения свойств способствует пригодности феррита-граната для широкого круга прикладных задач, а возможность изготовления пленок с постоянной Гильберта 10-5 критически важна для создания высокодобротных магнитных сердечников. В связи с этим особую ценность представляют монокристаллические эпитаксиальные пленки. Постоянная одноосной анизотропии монокристаллических ЭПФГ имеет ростовую и магнитострикционную компоненты.

Ферриты-гранаты характеризуются большой прозрачностью в ближней инфракрасной области спектра в интервале длин волн 1300 - 5500 нм, при Х>5500 нм имеет место рост оптического поглощения, связанный с поглощением фотонов кристаллической решеткой, а поглощении при Х<1500 нм связано с краем электронной полосы, центр которой приходится примерно на 900 нм. Коэффициент оптического поглощения к в области прозрачности менее 0.1 см-1. Правее 100 мкм вплоть до СВЧ диапазона ферриты гранатов обладают высокой прозрачностью, что так же не маловажно для прикладных задач. Однако, для задач магнитооптики интерес представляют видимая и ближняя ИК часть спектра.

Как уже отмечалось выше, феррит-гранат обладает большим углом фарадеевского вращения вр. Максимальным (до 3 град/мкм) фарадеевским вращением обладает железо-иттриевый гранат [9] и его Бьсодержащие разновидности [7]. Установлено, что введение Ы в состав феррита-граната способствует значительному усилению магнитооптических качеств материала. В то же время вклад от редкоземельных ионов в фарадеевское вращение мал и оно практически не зависит от типа иона. Интересно, что в области левее 450 нм величина ферадеевского вращения достигает нескольких сотен тысяч градусов на сантиметр, что сравнимо со значениями для металлических ферромагнетиков.

Для магнитооптических задач важно не только высокое значение магнитооптических характеристик, но и низкое поглощение. В связи с этим вводится понятие магнитооптической добротности, отношение удвоенного фарадеевского вращения к коэффициенту оптического поглощения материала:

¥ = 2*

В общем случае магнитооптическая добротность так же зависит от конкретного состава феррита-граната. Максимальная добротность наблюдется для Бьсодержащих ферритов гранатов при 560, 780 и 1100 нм.

1.2 Свойства наноструктур на основе ЭПФГ с плазмонным покрытием

Известно, что введение плазмонных элементов (слоев, на поверхности

которых возбуждаются поверхностные плазмон-поляритоны) значительно

усиливает оптическую добротность системы, что может быть важным для

различных технических устройств, например, сенсоров химических или

биологических примесей [15]. В то же время, использование плазмонных

элементов (обычно это плазмонные решетки, наночастици или однородные

слои со схемой возбуждения плазмонов Отто или Кречмана) совместно с

магнитными слоями вносит дополнительные возможности перестройки

резонансных параметров системы, а так же увеличивает магнитооптические

18

эффекты [16]. Речь здесь идет главным образом о «плазмонных кристаллах», представляющих собой магнитную пленку толщиной от одного до нескольких микрометров с нанесенной сверху дифракционной металлической решеткой субволнового периода на немагнитной подложке.

External magnetic field

Рис. 1.2 Эффект Фарадея в плазмонном кристалле для TM-поляризованной волны (а), рисунок (б) и фотография (в) плазмонного кристалла [12].

В плазмонном кристалле обнаружено десятикратное увеличение эффекта Фарадея [17], магнитооптического экваториального Эффекта Керра [16,18], а так же возникновение принципиально нового явления -меридионального интенсивностного магнитооптического эффекта [19], на котором далее мы остановимся подробнее.

Характер усиления магнитооптических эффектов - резонансный. Физически причина усиления связана непосредственно с возбуждением собственных волн плазмонного кристалла - волноводных мод и поверхностных плазмон-поляритонов, дисперсия которых зависит от намагниченности, и высокой добротностью структуры. Эти явления приводят к возникновению чувствительных к состоянию магнитной пленки резонансов в спектре отражения и пропускания с одной стороны, и увеличивают

эффективную длину взаимодействия света с магнитных пространством - с другой.

Меридиональный интенсивностный эффект возникает для продольной магнитной конфигурации, и наблюдается как изменение интенсивности прошедшего (или отраженного) света при изменении намагниченности структуры [19].

Рис. 1.3 Продольная (меридиональная) конфигурация

Для описания магнитооптических явлений все магнитные свойства учитываются в тензоре е магнитного слоя:

(Е 0 о }

е = 0 е -

V 0 е,

где проекция вектора гирации g (который в простейшем случае прямо пропорционален намагниченности g = аШ) на ось x.

Диэлектрическая проницаемость подложки меньше, чем у слоя феррита-гранита, что способствует возбуждению волноводных мод внутри магнитного слоя. Волноводные моды бывают TE и TM типов и обладают компонентами И™; Е™; Еум и ЕтуЕ; НтхЕ;НТ2Е соответственно. Эти моды

возбуждаются светом, падающем из дальней зоны, и просачиваются через щели обратно, создавая таким образом минимумы и максимумы в спектрах отражения и прохождения. При этом, за счет того что верхняя граница волноводного слоя представляет собой, хоть и перфорированный, но

металлический слой, в ХМ-моде присутствует плазмонный вклад. Условие возбуждение волноводных мод

к . = к + 2яш / d

XI

где к -волновое число моды, т - целое, й - период решетки кх- проекция волнового вектора падающей волны на ось х. Кроме того, падающий свет так же должен иметь поляризацию вдоль компоненты соответствующей моды -для ТЕ моды отличную от нуля компоненту Еу, а для ХМ - компоненту Ну (Е и Н поле вдоль щелей).

При «включении» магнитного поля вдоль оси х (поперек щелей) недиагональные компоненты тензора диэлектрической проницаемости магнитооптической среды £ = -£ = ¡^ становятся отличными от нуля,

превращая ХМ и ТЕ моды в квази-ХМ и квази-ХЕ, т.е. все шест компонент поля становятся отличны от нуля для каждой моды, поэтому в общем случае моду можно возбудить уже волной любой поляризации.

При нормальном падении ХМ-поляризованной волны, возбуждаемые моды имеют Ех и Ну компоненты, а смешанные компоненты мод пропорциональны то есть, намагниченности. Волновое число таких мод описывается соотношением: к(g) = ^0(1+Cg2). Однако для типичных значений g сдвиг резонанса Фано достаточно маленький и почти не сказывается на спектре отражения или пропускания. Большая величина эффекта достигается за счет изменений в распределении поля мод за счет намагниченности. Ключевым моментом здесь является то факт, что квази-ХЕ мода содержит ХМ компоненты и может быть возбуждена за счет волны ХМ-поляризации, откачивая таким образом часть падающей оптической энергии и изменяя поглощение на величину АЛ, при этом амплитуда моды пропорциональна величине гирации а изменение поглощения ее квадрату как и изменение в спектре коэффициентов прохождения Х и отражения Я, ввиду чего в спектре возникает пики и провалы при изменении намагниченности. Таким образом, в отличие от механизма усиления экваториального эффекта Керра

[18] здесь ведущую роль играет воздействие намагниченности на распределения поля собственных мод, а не на их дисперсию. Кроме того, в отличие от экваториального эффекта Керра, меридиональный интенсивностный эффект отличен от нуля при нормальном падении.

Обычно эффект характеризуется величиной 8 = {тм - у) / у, где ^ -

пропускание размагниченной структуры, а Тм - намагниченной. Максимальное значение 8 данного эффекта для магнитоплазмонного кристалла с магнитным слоем составило 24%. При этом

период золотой решеткой был 661 нм, высоты 67 нм, ширины щели 145 нм, толщина магнитной пленки 1270 нм. Важно отметить что на эффект кардинальным образом влияет магнитооптическая добротность материала, которая различна у разных типов ферритов гранатов и максимальна для Вь содержащих гранатов. По расчётам авторов [19] для граната состава Б^¥гъОХ2 эффект может достигать 100%.

790 800 810 820 830 840 850

i (nm)

Рис. 1.4. Меридианальный интенсивностный магнитооптический эффект (а), спектр пропускания плазмонного кристалла, в котором он наблюдался (б), и его зависимость от величины магнитного поля (в) [19].

1.3 Феррит-гранат в магнитометрии: измерение магнитного поля с индукционным считыванием

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Гусев Николай Александрович, 2021 год

Список литературы

1. Гордин В. М. Очерки по истории геомагнитных измерений. - М. : ИФЗ РАН, 2004., С.7

2. Льоцци М. История физики. - «Мир», 1970, С.35.

3. Foner S. Review of magnetometry //IEEE Transactions on Magnetics. -1981. - Т. 17. - №. 6. - С. 3358-3363.

4. Белов К. П., Зайцева М. А. Новые магнитные материалы—ферриты-гранаты //Успехи физических наук. - 1958. - Т. 66. - №. 9. - С. 141-144.

5. Устинов А., Кочемасов В., Хасьянова Е. Ферритовые материалы для устройств СВЧ-электроники.

6. Звездин А. К., Котов В. А. Магнитооптика тонких пленок. - Наука, 1988.

7. Рандошкин В. В., Червоненкис А. Я. Прикладная магнитооптика. -1990.

8. Vasiliev M. et al. RF magnetron sputtered (BiDy) 3 (FeGa) 5 O 12: Bi 2 O 3 composite garnet-oxide materials possessing record magneto-optic quality in the visible spectral region //Optics Express. - 2009. - Т. 17. - №. 22. - С. 19519-19535.

9. Wettling W. et al. Optical absorption and Faraday rotation in yttrium iron garnet //physica status solidi (b). - 1973. - Т. 59. - №. 1. - С. 63-70.

10. Kajiwara Y. et al. Transmission of electrical signals by spin-wave interconversion in a magnetic insulator //Nature. - 2010. - Т. 464. - №. 7286. - С. 262.

11. Ющук С. И. Слоистая структура эпитаксиальных пленок железо -иттриевого граната //Журнал технической физики. - 1999. - Т. 69. - №. 12. - С. 62-64.

12. Uchida K. et al. Spin Seebeck insulator //Nature materials. - 2010. - Т. 9. -№. 11. - С. 894-897.

13. Bozhko D. A. et al. Supercurrent in a room-temperature Bose-Einstein

magnon condensate //Nature Physics. - 2016. - Т. 12. - С. 1057-1062.

137

14. Григорьева И. С., Мейлихова Е. З. Физические величины. Справочник под редакцией. М.: Энергоатомиздат, 1991.

15. Homola J. Surface plasmon resonance sensors for detection of chemical and biological species //Chemical reviews. - 2008. - Т. 108. - №. 2. - С. 462493.

16. Belotelov V. I. et al. Enhanced magneto-optical effects in magnetoplasmonic crystals //Nature Nanotechnology. - 2011. - Т. 6. - №. 6. - С. 370-376.

17. Chin J. Y. et al. Nonreciprocal plasmonics enables giant enhancement of thin-film Faraday rotation //Nature communications. - 2013. - Т. 4. - С. 1599.

18. Белотелов В. И. и др. Гигантский экваториальный эффект Керра в магнитоплазмонных гетероструктурах. Метод матрицы рассеяния //Журнал экспериментальной и теоретической физики. - 2010. - Т. 137.

- №. 5. - С. 932-942.

19. Belotelov V. I. et al. Plasmon-mediated magneto-optical transparency //Nature communications. - 2013. - Т. 4.

20. ASCHENBRENNER H. Eine Anordnung zur Registrierung rascher magnetischer Storungen Hochfrequenztechnik und Elektroakustik //Band. -1936. - Т. 47. - С. 177-181.

21. Korepanov V., Marusenkov A. Flux-gate magnetometers design peculiarities //Surveys in geophysics. - 2012. - Т. 33. - №. 5. - С. 1059-1079.

22. Deak J. et al. A low-noise single-domain fluxgate sensor //Applied physics

letters. - 1996. - Т. 69. - №. 8. - С. 1157-1159.

23. Deak J. G. et al. Dynamic calculation of the responsivity of monodomain fluxgate magnetometers //IEEE transactions on magnetics. - 2000. - Т. 36.

- №. 4. - С. 2052-2056.

24. Vetoshko P. M., Valeiko M. V., Nikitin P. I. Epitaxial yttrium iron garnet film as an active medium of an even-harmonic magnetic field transducer //Sensors and Actuators A: Physical. - 2003. - Т. 106. - №. 1. - С. 270273.]:

25. Ветошко Петр Михайлович. «Перемагничивание однородным вращением феррит-гранатовых пленок в чувствительных элементах

138

магнитных сенсоров». Диссертация на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук.

26. Влияние профиля дискового магнитного элемента на поле насыщения и шум магнитомодуляционного сенсора магнитного поля / П. М. Ветошко, А. К. Звездин, В. А. Скиданов и др. // Письма в "Журнал технической физики". —2015. —Т. 41, № 9. —С. 103-110.

27. Патент 2100819 Российская Федерация, G01R33/00, G01R33/02, G01R33/05. Магнитометер / Ветошко П.М. ; заявл. 30.09.1996. ; опубл. 27.12.1997, в Гос. реестре изобретений РФ 27.12.1997.

28. Gurevich A. G., Melkov G. A. Magnetization oscillations and waves. - CRC press, 1996

29. Drung D. et al. Highly sensitive and easy-to-use SQUID sensors //IEEE Transactions on Applied Superconductivity. - 2007. - Т. 17. - №. 2. - С. 699-704.

30. Фалей М. И., Масленников Ю. В., Кошелец В. П. Измерительные системы на ВТСП СКВИДах //Радиотехника. - 2004. - №. 12. - С. 5-26.

31. http://www.wou.edu/~rmiller09/superconductivity/

32. Griffith W. C., Knappe S., Kitching J. Femtotesla atomic magnetometry in a microfabricated vapor cell //Optics express. - 2010. - Т. 18. - №. 26. - С. 27167-27172.

33. Budker D., Romalis M. Optical magnetometry //Nature physics. - 2007. - Т. 3. - №. 4. - С. 227.

34. Grinolds, M. S., Hong, S., Maletinsky, P., Luan, L., Lukin, M. D., Walsworth, R. L., & Yacoby, A.(2013). Nanoscale magnetic imaging of a single electron spin under ambient conditions. Nature Physics, 9(4), 215219.].

35. Wolf T. et al. Subpicotesla diamond magnetometry //Physical Review X. -2015. - Т. 5. - №. 4. - С. 041001.

36. Gudoshnikov S. et al. Highly sensitive magnetometer based on the

off-diagonal GMI effect in Co-rich glass-coated microwire //physica status solidi (a). - 2014. - Т. 211. - №. 5. - С. 980-985.

37. L.G. C. Melo, D. Menard, A. Yelon, L. Ding, S. Saez, and C. Dolabdjian. Optimization of the magnetic noise and sensitivity of giant magnetoimpedance sensors// J. Appl. Phys., 2008, v. 103, No 3, p. 033903.

38. Панина, Лариса Владимировна. "Эффект магнитоимпеданса в ферромагнитных микро структурах и композитных средах." Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук.

39. Mohri K. et al. Recent advances of amorphous wire CMOS IC magneto-impedance sensors: innovative high-performance micromagnetic sensor chip //Journal of Sensors. - 2015. - Т. 2015.

40. Rogers A. J. Optical fiber current measurement //Optical Fiber Sensor Technology. - Springer Netherlands, 1995. - С. 421-439.

41. Потапов В. Т. и др. Волоконно-оптические датчики магнитного поля и электрического тока на основе эффекта Фарадея в кристаллах BI 12 GEO 20 и BI 12 SIO 20 //Фотон-экспресс. - 2005. - №. 6. - С. 166-176.

42. Svantesson K., Sohlstrom H., Holm U. Magneto-optical garnet materials in fibre optic sensor systems for magnetic field sensing //SPIE Proc. - 1990. -Т. 1274. - С. 260-269.

43. Skidanov V., Vetoshko P. Ultrasensitive core for magnetooptical fluxgate magnetometer with high space resolution //Procedia Engineering. - 2010. -Т. 5. - С. 989-992.

44. Doriath G., Gaudry R., Hartemann P. A sensitive and compact magnetometer using Faraday effect in YIG waveguide //Journal of Applied Physics. - 1982. - Т. 53. - №. 11. - С. 8263-8265.

45. Pustelny S. et al. Magnetometry based on nonlinear magneto-optical rotation with amplitude-modulated light //Journal of Applied Physics. - 2008. - Т. 103. - №. 6. - С. 063108.

46. Ipatov M. et al. Low-field hysteresis in the magnetoimpedance of amorphous microwires //Physical Review B. - 2010. - Т. 81. - №. 13. - С. 134421.

47. Chizhik A. et al. Kerr microscopy study of magnetic domain structure changes in amorphous microwires //IEEE Transactions on Magnetics. -2009. - Т. 45. - №. 10. - С. 4279-4281.

48. Kalish A. N., Belotelov V. I., Zvezdin A. K. Optical properties of toroidal media //Proc. SPIE. - 2007. - Т. 6728. - С. 67283D.

49. A.K. Zvezdin and V. A. Kotov. Modern Magnetooptics and Magnetooptical Materials (JM Arrowsmith Ltd, 1997)

50. Климов В. В. Наноплазмоника. - Физматлит, 2010, С. 80.

51. Schmidt M. A., Russell P. S. J. Long-range spiralling surface plasmon modes on metallic nanowires //Optics Express. - 2008. - Т. 16. - №. 18. -С. 13617-13623.

52. Marini A. et al. Ultrafast nonlinear dynamics of surface plasmon polaritons in gold nanowires due to the intrinsic nonlinearity of metals //New Journal of Physics. - 2013. - Т. 15. - №. 1. - С. 013033.

53. JA Stratton, Electromagnetic Theory (McGraw-Hill Book Company, Inc., New York, 1941)

54. Pfeiffer C. A., Economou E. N., Ngai K. L. Surface polaritons in a circularly cylindrical interface: surface plasmons //Physical review B. - 1974. - Т. 10. - №. 8. - С. 3038.

55. Ren-Bin Z. et al. Surface plasmon wave propagation along single metal wire //Chinese Physics B. - 2012. - Т. 21. - №. 11. - С. 117303.

56. E.D. Palik. Handbook of optical constants of solids (Academic press, 1985)

57. Visnovsky S. et al. Magneto-optical Kerr spectra of nickel //Journal of magnetism and magnetic materials. - 1993. - Т. 127. - №. 1-2. - С. 135139.

58. Vasiliev M. et al. Microstructural characterization of sputtered garnet materials and all-garnet magnetic heterostructures: establishing the technology for magnetic photonic crystal fabrication //Journal of Physics D: Applied Physics. - 2009. - Т. 42. - №. 13. - С. 135003.

59. Gramotnev D. K., Bozhevolnyi S. I. Plasmonics beyond the diffraction limit //Nature photonics. - 2010. - Т. 4. - №. 2. - С. 83-91.

60. Arakawa E. T. et al. Effect of damping on surface plasmon dispersion //Physical Review Letters. - 1973. - Т. 31. - №. 18. - С. 1127.

61. Belotelov V. I. et al. Magnetooptical effects in the metal-dielectric gratings //Optics communications. - 2007. - Т. 278. - №. 1. - С. 104-109.

62. Mueller R. S., Rosenbaum F. J. Propagation along azimuthally magnetized ferrite-loaded circular waveguides //Journal of Applied Physics. - 1977. - Т. 48. - №. 6. - С. 2601-2603.

63. Мудров А.Е., Мещеряков В.А., Редькин Г.А. Собственные волны в азимутально намагниченной бигиротропной среде. // Изв. Вузов / СССР. Физика.- 1979.- № 9.-C.54-59.

64. Dib N., Omar A. Dispersion analysis of multilayer cylindrical transmission lines containing magnetized ferrite substrates //IEEE transactions on microwave theory and techniques. - 2002. - Т. 50. - №. 7. - С. 1730-1736.

65. Ivanov K. P., Georgiev G. N. Some properties of the circular waveguide with azimuthally magnetized ferrite //Journal of applied physics. - 1990. -Т. 67. - №. 10. - С. 6529-6537.

66. Ivanov K. P., Georgiev G. N. Asymptotic study of rotationally symmetric waves in a circular anisotropic waveguide //IEE Proceedings H (Microwaves, Antennas and Propagation). - IET Digital Library, 1985. - Т. 132. - №. 4. - С. 261-266.

67. Ivanov K. P., Georgiev G. N. On a class of electromagnetic wave functions for propagation along the circular gyrotropic waveguide //IEEE transactions on microwave theory and techniques. - 1986. - Т. 34. - №. 8. - С. 853-862.

68. Georgiev G. N., Georgieva-Grosse M. N. The Kummer confluent hypergeometric function and some of its applications in the theory of azimuthally magnetized circular ferrite waveguides //Journal of telecommunications and information technology. - 2005. - С. 112-128.

69. Georgiev G. N., Georgieva-Grosse M. N. Iterative method for differential phase shift computation in the azimuthally magnetized circular ferrite waveguide //PIERS Online. - 2010. - T. 6. - №. 4. - C. 365-369.

70. Georgiev G. N., Georgieva-Grosse M. N. Analysis of the differential phase shift in the circular ferrite-dielectric waveguide with azimuthal magnetization //Antennas and Propagation Society International Symposium (APSURSI), 2010 IEEE. - IEEE, 2010. - C. 1-4.

71. Georgiev G. N., Georgieva-Grosse M. N. Advanced computational methods for analysis of the circular waveguide completely filled with azimuthally magnetized ferrite: Review of recent results //Electromagnetics in Advanced Applications (ICEAA), 2012 International Conference on. - IEEE, 2012. -C. 62-65.

72. Yang M. et al. Study on photonic angular momentum states in coaxial magneto-optical waveguides //Journal of Applied Physics. - 2014. - T. 116.

- №. 15. - C. 153104.

73. Unger H. G. Circular Electric Wave Transmission in a Dielectric-Coated Waveguide //Bell Labs Technical Journal. - 1957. - T. 36. - №. 5. - C. 1253-1278.

74. Snitzer E. Cylindrical dielectric waveguide modes //JOSA. - 1961. - T. 51.

- №. 5. - C. 491-498.

75. A. Cuyt et. al. Handbook of continued fractions for special functions (Springer Science & Business Media, 2008), p 320

76. N.N. Lebedev. Special functions and their applications (Prentice-Hall Inc., 1965), p274

77. Baida F. I. et al. Subwavelength metallic coaxial waveguides in the optical range: Role of the plasmonic modes //Physical Review B. - 2006. - T. 74. -№. 20. - C. 205419.

78. B. Prade et al., "Guided optical waves in planar heterostructures with negative dielectric constant." Phys. Rev. B 44(24), 13556 (1991)

79. D.Nikolova and A. J. Fisher. "Switching and propagation of magnetoplasmon polaritons in magnetic slot waveguides and cavities." Phys. Rev. B 88(12), 125136 (2013)

80. P. Ginzburg et al., "Gap plasmon polariton structure for very efficient microscale-to-nanoscale interfacing.", Opt. let. 31.22, 3288-3290 (2006)

81. R.L. Chern et al., "Analysis of surface plasmon modes and band structures for plasmonic crystals in one and two dimensions." Phys. Rev. E 73(3), 036605 (2006)

82. Belotelov V. I. et al. Intensity magnetooptical effect in magnetoplasmonic crystals //Journal of Physics: Conference Series. - IOP Publishing, 2011. -Т. 303. - №. 1. - С. 012038.

83. Мещеряков В. А., Мудров А. Е., Вшивков Д. В. Решение волновых уравнений в окрестности регулярной особой точки для бигиротропных сред с киральными объектами //Вестник Томского государственного университета. - 2003. - №. 278.

84. Холодов Ю. А. и др. Магнитные поля биологических объектов. - 1987., Глава 1.

85. Baule G., McFee R. Detection of the magnetic field of the heart //American Heart Journal. - 1963. - Т. 66. - №. 1. - С. 95-96.

86. Cohen D. et al. Magnetoencephalography: evidence of magnetic fields produced by alpha-rhythm currents //Science. - 1968. - Т. 161. - №. 3843. - С. 784-786.

87. Полякова И. П. Магнитокардиография: историческая справка, современное состояние и перспективы клинического применения// Креативная кардиология. 2011. № 2. С. 103-133.

88. Sato M. et al. Detection of myocardial ischemia by magnetocardiogram

using 64-channel SQUID system //Proceedings 12th International Conference on Biomagnetism, Helsinki Univ. of Technology, Espoo, Finland. - 2001. - С. 523-526.

89. Shiono J. et al. Detection of repolarization abnormalities in patients with cardiomyopathy using current vector mapping technique on magnetocardiogram //The International Journal of Cardiovascular Imaging (formerly Cardiac Imaging). - 2003. - Т. 19. - №. 2. - С. 163-170.

90. Yabukami S. et al. A thin film magnetic field sensor of sub-pT resolution and magnetocardiogram (MCG) measurement at room temperature //Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 2009. - Т. 321. - №. 7. - С. 675678.

91. Mohri K. et al. Recent advances of amorphous wire CMOS IC magneto-impedance sensors: innovative high-performance micromagnetic sensor chip //Journal of Sensors. - 2015. - Т. 2015.

92. Nakayama S., Uchiyama T. Real-time measurement of biomagnetic vector fields in functional syncytium using amorphous metal //Scientific reports. -2015. - Т. 5.

93. Randles M. M. Crystals for Magnetic Applications. Springer Berlin Heidelberg, 1978. P. 71-96.

94. Хуберт А. Теория доменных стенок в упорядоченных средах - «Мир», 1977, C.98.

95. Koch R. H., Deak J. G., Grinstein G. Fundamental limits to magnetic-field sensitivity of flux-gate magnetic-field sensors //Applied Physics Letters. -1999. - Т. 75. - №. 24. - С. 3862-3864.

96. A. Van der Ziel. Noise. Publ. Prentice-Hall, 1954.

97. Wikswo J. P. The theory and application of magnetocardiography //Cardiograms: Theory and applications.(A 80-24347 08-54) Basel, S. Karger AG, 1979,. - 1979. - С. 1-67.

98. Lembke G. et al. Optical multichannel room temperature magnetic field imaging system for clinical application //Biomedical optics express. - 2014. - Т. 5. - №. 3. - С. 876-881.

99. Tsukada K. et al. A simplified superconducting quantum interference device system to analyze vector components of a cardiac magnetic field //Engineering in Medicine and Biology Society, 1998. Proceedings of the

20th Annual International Conference of the IEEE. - IEEE, 1998. - С. 524527.

100. Kandori A. et al. Two-dimensional mapping of impedance magnetocardiograms //IEEE transactions on biomedical engineering. -2002. - Т. 49. - №. 7. - С. 721-728.

101. Yamada S. et al. Noninvasive, direct visualization of macro-reentrant circuits by using magnetocardiograms: initiation and persistence of atrial flutter //EP Europace. - 2003. - Т. 5. - №. 4. - С. 343-350.

102. Kandori A. et al. Standard template of adult magnetocardiogram //Annals of Noninvasive Electrocardiology. - 2008. - Т. 13. - №. 4. - С. 391-400.

103. Грибковский В. П. Полупроводниковые лазеры //Минск: Изд-во Университетское. - 1988, C.169.

Статьи в рецензируемых научных изданиях, опубликованные по теме работы

C1. N.A. Gusev, V.I. Belotelov, A.K. Zvezdin. Surface plasmons in nanowires with toroidal magnetic structure //Optics letters. - 2014. - Т. 39. - №. 14. -С. 4108-4111.

C2. N.A. Gusev et al. Magneto-optical coaxial waveguide with toroidal magnetization //JOSA B. - 2016. - Т. 33. - №. 8. - С. 1789-1795.

C3. П.М. Ветошко, Н.А. Гусев и др. Магнитомодуляционный сенсор магнитного поля на базе пленок феррита-граната для магнитокардиографических исследований //Письма в Журнал технической физики. - 2016. - Т. 42. - № 16. - С.64-71.

C4. П.М. Ветошко, Н.А. Гусев и др. Регистрация магнитокардиограмм крыс с помощью сенсора магнитного поля на основе феррит-гранатовых пленок //Медицинская техника. - 2016. - №. 4. - С. 15-18.

C5. Н.А. Гусев и др. Сверхчувствительный векторный магнитометр для картографических измерений в кардиографии //Медицинская техника. - 2017. - №. 3. - С. 5-8.

C6. G. Knyazev, P. Kapralov, N. Gusev et al. Magnetoplasmonic crystals for highly sensitive magnetometry //ACS Photonics. - 2018. - Т. 5. - №. 12. -С. 4951-4959.

Публикации в сборниках трудов конференций

Д1. Н.А. Гусев «Дисперсия плазмон-поляритонов в наноцилиндрах с тороидной намагниченностью» Конференция молодых ученых ИОФ РАН, 24 апреля 2014, Москва, Материалы конференции, с. 32

Д2. Н.А. Гусев, В.И. Белотелов, А.Н. Калиш, А.К. Звездин, Влияние намагниченности на поверхностные плазмон-поляритоны в наноцилиндрах, XIV Всероссийская школа-семинар «Волновые явления в неоднородных средах» («Волны-2014»), Москва, 26-31 мая 2014.

Д3. N.A. Gusev, V.I. Belotelov, A.N. Kalish, A.K. Zvezdin, Surface magnetoplasmons in metal nanowires, Moscow International Symposium on Magnetism, Moscow, 29-3 July 2014, book of abstracts, p. 149.

Д4. Н.А. Гусев, В.И. Белотелов, А.К. Звездин, Магнитооптический коаксиальный волновод с тороидальной магнитной структурой, XIX Международный симпозиум «Нанофизика и наноэлектроника», Нижний Новгород, Россия, 10-14 марта 2015, труды симпозиума, т. 1, с. 156-157

Д5. N. Gusev, P. Vetoshko, A. Zvezdin, V. Belotelov, Ultrasensitive magnetic

field sensor based on the garnet film with specially shaped profile for

magnetocardiography, International Baltic Conference on Magnetism: Focus

on Biomedical Aspects (IBCM2015), Svetlogorsk, Russia, 30 August - 3

September, 2015, book of abstracts, p. 56

147

Д6. Гусев Н.А., Белотелов В.И., Звездин А.К., МАГНИТООПТИЧЕСКАЯ НЕВЗАИМНОСТЬ В КОАКСИАЛЬНОМ НАНОВОЛНОВОДЕ С АЗИМУТАЛЬНОЙ НАМАГНИЧЕННОСТЬЮ, IX-я Международная конференция молодых ученых и специалистов «Оптика-2015», Санкт-Петербург, Россия, 12-16 октября 2015, сборник трудов, с. 492-493 Д7. Peter Vetoshko, Nikolay Gusev, Vladimir Belotelov and Anatoly Zvezdin. Ultrasensitive flux-gate magnetometer based on iron garnet film for biomedical applications. VI Euro-Asian Symposium "Trends in MAGnetism" (EASTMAG-2016), August 15-19, 2016, Krasnoyarsk, Russia, Abstracts p. 525 Д8. P. Vetoshko, N. Gusev, V. Belotelov, A. Zvezdin, V. Shavrov, Ultrasensitive flux-gate magnetometer based on iron garnet film for biomedical applications, IEEE International Magnetics Conference INTERMAG Europe 2017, Dublin, Ireland, April 24-28, 2017, Digest Book, p. 68.

Д9. Н. А. Гусев, П. О. Капралов, А. Н. Калиш, Г. А. Князев, В. И. Белотелов, П. М. Ветошко, А. К. Звездин, Магнитооптический сенсор магнитного поля на основе магнитоплазмонного кристалла, Труды XXII Международного симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника», том 1, стр. 174, 12-15 марта 2018, Нижний Новгород, Россия Д10. N. Gusev, A. Kalish, V. Belotelov, G.A. Knyazev, P. Kapralov, P. Vetoshko, A. Zvezdin. Magneto-optical magnetic field sensor based on magnetoplasmonic crystal. INTERMAG 2018, Singapore, 23-27 April 2018, Digest Book, p. 96

Д11. Н.А. Гусев, П.О. Капралов, А.Н. Калиш, Г.А. Князев, В.И. Белотелов, П.М. Ветошко, А.К. Звездин., Оптическая регистрация магнитных полей с помощью магнитоплазмонного кристалла, Сборник трудов XVI Всероссийской школы-семинара «Волновые явления в неоднородных средах» имени А.П. Сухорукова («Волны-2018»), г. Можайск,

Московская область, 27 мая - 1 июня 2018 года, Секция 2. Нанофотоника и плазмоника, с. 5-6. Д12. Н. А. Гусев, П. О. Капралов, А. Н. Калиш, Г. А. Князев, В. И. Белотелов, П. М. Ветошко, А. К. Звездин., МАГНИТООПТИЧЕСКИЙ СЕНСОР МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ОСНОВЕ МАГНИТОПЛАЗМОННОЙ НАНОСТРУКТУРЫ, XXIII

МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ НОВОЕ в МАГНЕТИЗМЕ и МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛАХ, 30 июня - 5 июля 2018, Москва. Сборник трудов, с. 698-699. Д13. A.N. Kalish, G.A. Knyazev, P.O. Kapralov, N.A. Gusev, P.M. Vetoshko, A.K. Zvezdin, V.I. Belotelov. Detection of small magnetic fields via magneto-optical intensity effect in metal-dielectric heterostructures. Proceedings of the 12th International Congress on Artificial Materials for Novel Wave phenomena (Metamaterials), Espoo, Finland, 27 August - 1 September 2018, IEEE, pp. 167-169 (2018).