Нелинейно-оптические эффекты в наноструктурированных пленках оксинитрида титана с вырожденной диэлектрической проницаемостью тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.05, кандидат наук Харитонов Антон Викторович

• Харитонов Антон Викторович
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Харитонов Антон Викторович

Введение

Глава 1. Локализация и усиление света в плазмонных наноструктурах

1.1. Аналитические модели диэлектрической проницаемости металлов

1.2. Локализованный плазмонный резонанс

1.3. Поверхностные плазмон-поляритоны в интерфейсах металл-диэлектрик

1.4. Традиционные плазмонные материалы

1.5. Альтернативные плазмонные материалы

Глава 2. Исследование оптических свойств нанокомпозитных сред металл-диэлектрик в вырожденной диэлектрической проницаемостью

2.1. Синтез и исследование физико-химических свойств тонких пленок нитрида титана

2.2. Синтез и исследование физико-химических свойств тонких пленок оксинитрида титана

2.3. Расчет эффективной диэлектрической проницаемости нанокомпозита

2.3.1. Аналитические модели эффективной среды и расчет эффективной диэлектрической проницаемости нанокомпозитных сред металл-диэлектрик

2.3.2. Метод Б-параметров

2.3.3. Численное моделирование эффективной диэлектрической проницаемости

оксинитрида титана

Глава 3. Вынужденное комбинационное рассеяние света в плазмонных наноструктурах

3.1. Оптическая нелинейность. Явление вынужденного комбинационного рассеяния света

3.2. Вынужденное комбинационное рассеяние света в раман-активных средах с плазмонной накачкой

3.3. Вынужденное комбинационное рассеяние света в наноструктурах из нитрида титана

3.4. Вынужденное комбинационное рассеяние света в наноструктурах из

оксинитрида титана

Глава 4. Микроскопия сверхвысокого пространственного разрешения в режиме вынужденного комбинационного рассеяния света

4.1. Дифракционный предел в оптической микроскопии

4.2. Методы микроскопии сверхвысокого пространственного разрешения

4.2.1. Флуоресцентные методы

4.2.2. Сканирующая ближнеполевая микроскопия

4.3. Оптическое сверхразрешение в режиме ВКР с помощью перколяционных

нанокомпозитных сред с вырожденной диэлектрической проницаемостью

Основные результаты и выводы

Благодарности

Список работ, опубликованных по теме диссертации

Литература

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Нелинейно-оптические эффекты в наноструктурированных пленках оксинитрида титана с вырожденной диэлектрической проницаемостью»

Введение

Актуальность темы. Развитие современной оптики и нанофотоники неразрывно связано с созданием новых материалов. На сегодняшний день существует три ключевых направления в области материаловедения и дизайна метаматериалов: создание сред с отрицательным показателем преломления, показателем преломления, стремящимся к нулю, а также с гигантскими значениями показателя преломления [1-5]. Данные среды находят множество применений, среди которых плоские суперлинзы, нелинейно-оптические преобразователи, оптические волноводы и другие. Одним из перспективных классов оптических материалов являются среды с вырожденной диэлектрической проницаемостью. Это означает, что действительная часть диэлектрической функции приобретает нулевое значение при двух различных длинах волн. Впервые среды с вырожденным поведением диэлектрической функции в видимом и ближнем ИК диапазоне были синтезированы в 2017 году в работе [6] и получили название 2ENZ материалов (от англ. Double Epsilon-Near-Zero). Такое необычное поведение было обнаружено в тонких пленках оксинитрида титана. Материалы с вырожденной диэлектрической проницаемостью представляют большой интерес для плазмоники. В отличие от традиционных плазмонных материалов, данные среды позволяют возбудить плазмонный резонанс при двух частотах и, в пределе, в континууме частот. Благодаря этому открываются уникальные возможности при создании новых оптоэлектронных устройств, а так же расширения их функционала и рабочего диапазона частот. Актуальной задачей является изучение механизмов, обуславливающих вырожденное поведение диэлектрической функции в пленках из оксинитрида титана. Это позволит осуществлять дизайн оптических свойств материалов с вырожденной диэлектрической проницаемостью на этапе синтеза.

Отличительной особенностью оксинитрида титана от традиционных плазмонных материалов является его рамановская активность. Следовательно, в таких средах становится возможным наблюдение целого класса нелинейно-

оптических эффектов, включающего в себя вынужденное комбинационное рассеяние, когерентное антистоксовое рассеяние, гиперкомбинационное рассеяние и др. Традиционно для наблюдения нелинейных откликов используются импульсные лазерные источники с высокими пиковыми интенсивностями и протяженные среды (оптические волокна, высокодобротные резонаторы) [7]. Важной задачей является генерация нелинейно-оптических сигналов на наношкале при использовании непрерывных лазеров малой интенсивности. Получение нелинейного отклика на наномасштабах становится возможным благодаря возбуждению плазмонного резонанса в металлических наноструктурах, где напряженность ближних оптических полей может достигать внутриатомных полей [8]. Исследование нелинейно-оптических эффектов в плазмонных и раман-активных наноструктурах играет важную роль в развитии нелинейной нанооптики и наноплазмоники, способствует созданию таких устройств, как наноразмерные раман-лазеры [9-11] и высокочувствительные биосенсоры [12-14].

Одним из ярких применений сред с вырожденной диэлектрической проницаемостью является создание широкополосной суперлинзы. Данное устройство позволяет получать в дальнем поле оптическое изображение с субдифракционным пространственным разрешением [1,15]. Усиление локализованных оптических полей с помощью эффекта вынужденного комбинационного рассеяния света в наноструктурированных средах открывает новые пути к реализации многомодовой суперлинзы. Разработка сверхразрешающих оптических методов, позволяющих получать изображение с субдифракционным пространственным разрешением, играет ключевую роль в фундаментальных и прикладных задачах в области современной биологии, медицины и материаловедения.

Целью диссертационной работы является изучение нелинейно-оптических эффектов в плазмонных и раман-активных наноструктруах из оксинитрида титана с вырожденной диэлектрической проницаемостью.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Синтезировать тонкие пленки нитрида титана и оксинитрида титана при различных условиях магнетронного напыления и исследовать их физико-химические свойства методами сканирующей электронной микроскопии, эллипсометрии, рентгеновской фотоэлектронной и энергодисперсионной спектроскопии, спектроскопии гигантского комбинационного рассеяния света и масс-спектрометрии вторичных ионов.

2. Синтезировать золотые оптические наноантенны конической формы методом адаптивного электрохимического травления для проведения локально-усиленной спектроскопии гигантского комбинационного рассеяния света.

3. Определить структуру и химический состав тонких пленок оксинитрида титатана методами сканирующей зондовой микроскопии и локально-усиленной микроскопии гигантского комбинационного рассеяния света.

4. Рассчитать эффективную диэлектрическую проницаемость нанокомпозитных сред металл-диэлектрик при различных факторах заполнения путем численного решения уравнений Максвелла методом конечных разностей во временной области и применения метода Б-параметров.

5. Исследовать эффекты генерации сигнала вынужденного комбинационного рассеяния света в наноструктурах из нитрида титана и оксинитрида титана при освещении непрерывным лазерным излучением малой интенсивности;

6. Построить оптическое изображение субволновых структур из оксинитрида титана с помощью конфокальной оптической микроскопии в режиме спонтанного и вынужденного комбинационного рассеяния света.

Научная новизна:

1. Экспериментально и теоретически показано, что пленки оксинитрида титана с вырожденной диэлектрической проницаемостью представляют собой перколяционные нанокомпозиты металл-диэлектрик;

2. Впервые получен сигнал вынужденного комбинационного рассеяния света на наношкале при использовании непрерывного лазерного излучения малой интенсивности;

3. Усиление ближних оптических полей за счет эффекта вынужденного комбинационного рассеяния в плазмонных нанокомпозитах позволяет получить широкополосное оптическое сверхразрешение в конфокальной микроскопии.

Практическая значимость

Исследование оптических свойств нанокомпозитных материалов с вырожденной диэлектрической проницаемостью имеет большой потенциал в наблюдении новых оптических эффектов, которые могут быть заложены в принцип действия устройств нанофотоники и оптоэлектроники. Возможность широкополосного усиления оптических полей благодаря возбуждению плазмонного резонанса открывает уникальные возможности в создании многомодовых суперлинз, высокоэффективных нелинейно-оптических преобразователей, наноразмерных источников когерентного излучения и идеальных поглотителей света.

Разработана методика генерации и усиления локализованных нелинейно-оптических сигналов благодаря эффекту вынужденного комбинационного рассеяния света. Данный результат способствует созданию наноразмерных раман-лазеров и высокочувствительных оптических биосенсоров.

Впервые показано, что вынужденное комбинационное рассеяние света в перколяционных нанокомпозитах металл-диэлектрик с вырожденной диэлектрической проницаемостью позволяет получить субдифракционное пространственное сверхразрешение. Предложенный подход расширяет спектр методов дальнеполевой микроскопии сверхвысокого пространственного разрешения.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Вырожденное поведение диэлектрической функции наблюдается в перколляционных нанокомпозитных пленках металл-диэлектрик;

2. Вынужденное комбинационное рассеяние света возникает в наноструктурах из оксинитрида титана при их освещении непрерывным лазерным излучением малой интенсивности;

3. Вынужденное комбинационное рассеяние света в тонких пленках оксинитрида титана приводит к оптическому сверхразрешению.

Достоверность полученных результатов обеспечена использованием сертифицированного научного оборудования, воспроизводимостью экспериментальных результатов, согласием ряда полученных результатов с данными других методов, использованием проверенных методов численного моделирования, комплексным сочетанием разнообразных экспериментальных методов исследования с теоретическими расчетами.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международных и всероссийских конференциях:

1-5. XVIII - XXII Международная молодежная научная школа "Когерентная оптика и оптическая спектроскопия" (КФУ, Казань, 2014 - 2018);

6. XVI Всероссийский молодежный Самарский конкурс-конференция научных работ по оптике и лазерной физике (Самарский филиал ФИАН, Самара, 2018);

7. Совместный российско-японский симпозиум по фундаментальным наукам и новым технологиям для устойчивого развития в XXI веке (КФУ, Казань, 2018);

7. I Европейская конференция по функциональным наноматериалам 8^^-2018 (Париж, 2018);

9. II Международная летняя научная школа по нанофотонике и метаматериалам (ИТМО, Санкт-Петербург, 2017);

10. XI Международная конференция по фотонике и информационной оптике (МИФИ, Москва, 2017);

11. VII Всероссийская научно-техническая конференция "Низкотемпературная плазма в процессе нанесения функциональных покрытий" (Академия наук РТ, Казань, 2016);

12. XII Международные чтения по квантовой оптике (ИСАН, Троицк, 2015);

13. Международный семинар "Нелинейная фотоника: теория, материалы, приложения" (СПбГУ, Санкт-Петербург, 2015);

14. I Международная школа-конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Биомедицины, материалы и технологии XXI века" (КФУ, Казань, 2015);

15. VIII Международная конференция "Фундаментальные проблемы оптики" (ИТМО, Санкт-Петербург, 2014).

Доклады № 9 и 12 были отмечены дипломами.

Личный вклад автора. Все приведенные экспериментальные результаты были получены и обработаны лично автором, либо при его непосредственном участии. Численные расчеты проводились лично автором. Автор принимал активное участие в обсуждении результатов исследования и в формулировке выводов, готовил их к публикации и представлению на научных конференциях и школах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка авторских публикаций по теме диссертации и

списка литературы, включающего _ наименование. Объем диссертационной

работы составляет_страницу, включая_рисунок и_таблиц.

Во введении обсуждается актуальность проведенных исследований, формулируется цель, задачи и научная новизна работы, перечисляются основные положения, выносимые на защиту, а также дается краткое описание диссертации по главам.

В первой главе рассматриваются основные физические свойства поверхностных плазмонов и условия их возбуждения. Приводятся ключевые требования, предъявляемые к материалам плазмоники. Анализируются преимущества и недостатки традиционных и альтернативных плазмонных материалов. Делается вывод о том, что на основе сред с вырожденной диэлектрической проницаемостью могут быть реализованы широкополосные плазмонные материалы.

Во второй главе приведена технология синтеза тонких пленок нитрида титана и оксинитрида титана; синтезированы образцы при различных условиях магнетронного напыления и определены их физико-химические свойства. Исследуются механизмы возникновения вырожденного поведения диэлектрической функции оксинитрида титана. Экспериментальными и численными методами установлено, что оксинитрид титана с вырожденной диэлектрической проницаемостью представляет собой перколляционный нанокомпозит металл-диэлектрик, состоящий из частиц нитрида титана в матрице оксида титана.

Третья глава посвящена изучению нелинейно-оптических эффектов в наноструктурах при их освещении внешними лазерными полями с малой интенсивностью. Исследуются эффекты вынужденного комбинационного рассеяния света в плазмонных планарных наноантеннах из нитрида титана и оксинитрида титана. Впервые получен сигнал вынужденного комбинационного рассеяния света на наношкале при использовании непрерывной лезерной накачки малой интенсивности.

В четвертой главе Впервые продемонстрировано субдифракционное пространственное разрешение в конфокальной микроскопии вынужденного комбинационного рассеяния света. Обсуждается физический принцип, лежащий в основе многомодового оптического сверхразрешения в перколяционных раман-активных нанокомпозитах металл-диэлектрик с вырожденной диэлектрической проницаемостью.

В заключении приведены основные результаты и выводы.

Глава 1. Локализация и усиление света в плазмонных наноструктурах

Поверхностный плазмон - связанное состояние света и волн поверхностной зарядовой плотности, которое может возникать в интерфейсах метал-диэлектрик при освещении внешним электромагнитным излучением [16,17]. Плазмонные возбуждения существуют в форме как распространяющихся, так и нераспространяющихся (локализованных) мод. Бегущие плазмон-поляритоны возбуждаются в протяженных металлических струтурах, тогда как локализованные плазмонные резонансы наблюдаются в пространственно-ограниченных объектах, где свободные электроны испытывают локализацию в нескольких направлениях. В обоих случаях электромагнитное поле оказывается локализованным вблизи поверхности металла, эванесцентно затухая с расстоянием от его границы. Вследствие этого, возбуждение плазмонного резонанса сопровождается гигантским усилением интенсивности света. Эффекты локализации и усиления оптических полей нашли применения во многих областях, включая нелинейную оптику [8,18-21], фотовольтаику [22,23], оптическое сверхлинзирование [1,24] и физику нанолазеров [25,26]. В данной главе рассматриваются основные физические свойства и механизмы возбуждения поверхностных плазмонов, приводятся ключевые требования, предъявляемые к материалам плазмоники, проводится сравнительный анализ традиционных и альтернативных плазмонных материалов.

1.1. Аналитические модели диэлектрической проницаемости металлов

Электромагнитный отклик плазмонных структур определяется их геометрическими параметрами, а также диэлектрической проницаемостью £ и магнитной восприимчивостью / лежащего в основе материала и окружающего диэлектрика. На оптических частотах магнитная восприимчивость всех природных материалов близка к единице, поэтому главным параметром, характеризующим оптические свойства сред, является диэлектрическая

проницаемость. Диэлектрическая функция е(ю) металлов хорошо описывается в

широком спектральном диапазоне моделью Друде-Лоренца [16]. В рамках данной теории оптические свойства металлов определяются откликом свободных и связанных электронов, осциллирующих относительно положительно заряженных ионов кристаллической решетки в ответ на приложенное переменное поле Е (ю).

Комплексная диэлектрическая проницаемость свободного электронного газа

согласно формуле Друде-Зоммерфельда имеет следующий вид

2

/ ч

£(ю) = 1--^—, (1.1)

ю + ¡ую

где ю - плазменная частота, у = 1/т - частота столкновений, т - время

свободного пробега электрона. Выражение для плазменной частоты записывается следующим образом

юр =

V

Ыв1

80тв

(1.2)

где N - концентрация свободных электронов, в - заряд электрона, тв -эффективная масса электрона. Выделяя действительную и мнимую часть в (1.1), диэлектрическую функцию можно представить в виде

, ч , ч , ч юР уюр

е(ю) = 8 (ю) +18" (ю) = 1--+ г // . (1.3)

ю +у ю(ю +у )

Формула (1.1) описывает внутризонные переходы в металле, мнимая часть а(ю) отвечает омическому поглощению. В приближении малых потерь (^«ю), функция 8(ю) становится вещественной

2

/ \ юР

е(ю) = 1 -ю. (1.4)

ю

Из выражения (1.4) следует, что среда демонстрирует металлический (плазмонный) характер (Яе[^(ю)]< 0) при частотах ю<юр. Если частота света становится больше плазменной, металл ведет себя как диэлектрик

(Яе |£(с)]> 0). В общем случае, когда потерями пренебречь нельзя,

действительная часть диэлектрической функции принимает отрицательные значения в области с<сс. Частота сс, при которой функция £(с) пересекает ноль, может существенно отличаться от плазменной частоты с при наличии поглощения. В отсутствии межзонных переходов сс определяется следующим образом

сс =у1ср-Г2 . (15)

Для учета отклика связанных электронов в модель Друде-Зоммерфельда вводятся дополнительные лоренцевские члены вида

2

£ = , 2 V , (I.6)

1с0 -с )- ус

где С = л//ть£0 , и - концентрация и эффективная масса связанных электронов, с0 и уь являются собственной частотой осциллятора и константой затухания, соответственно. Лоренцевские слагаемые описывают межзонные переходы, когда электроны возбуждаются из валентной зоны в зону проводимости. С классической точки зрения данные переходы соответствуют возникновению колебаний связанных электронов. Также в выражение (1.1) добавляется дополнительное слагаемое £, отвечающее диэлектрической проницаемости металла при больших частотах. Таким образом, формула Друде-Лоренца с п осцилляторами имеет следующий вид

/ ч сС п (С;

£(а) = £ж--С- + £, 2 'С-' (1.7)

с + ую =1 (С02,; -с2)- у^

где / - сила осциллятора. При аппроксимации экспериментальных данных, число лоренц-осцилляторов может варьироваться в пределах нескольких штук для адекватного описания диэлектрической проницаемости анализируемого материала. Действительная часть диэлектрической функции в формуле (1.7) описывает поляризационный отклик, тогда как мнимая часть характеризует

потери, возникающие при внутризонных и межзонных переходах электронов в металле.

Дополнительным механизмом потерь является рассеяние электронов на пространственных неоднородностях. Так, в поликристаллических материалах, рассеяние электронов на гранях зерен влечет за собой рост поглощения [27]. Математически это выражается в увеличении константы затухания

У = Уо + ^т, (1.8)

а

где у - частота рассеяний в отсутствии дефектов (в монокристалле), А -безразмерная феноменологическая константа (А > 0), а - средний размер

поликристаллов. Аналогичный эффект присущ материалам с дефектной структурой кристаллической решетки. Согласно литературным данным эти механизмы могут приводить почти к трехкратному увеличению потерь [27]. По этой причине большой интерес проявляется к монокристаллическим средам [28,29]. Дополнительные потери возникают в пространственно ограниченных наноструктурах (наночастицы, ультратонкие пленки), а также в пленках с высокой шероховатостью [27]. Данный факт является следствием рассеяния электронов на физических границах металла. К примеру, в наноструктурированных золотых и серебряных пленках фактор затухания у увеличивается в 3-5 раз по сравнению со случаем сплошной среды.

Модель Друде-Зоммерфельда хорошо описывает длинноволновую часть диэлектрической функции металлов. При увеличении частоты доминирующую роль начинают играть межзонные переходы. В частности, для благородных металлов отклик связанных электронов начинает проявляться уже в видимой области спектра [16].

1.2. Локализованный плазмонный резонанс

Локализованные плазмонные резонансы наблюдаются в пространственно ограниченных металлических наноструктурах. В зависимости от геометрии

наноструктуры выделяют Ми [30], Фано [31], гэп [32], Фабри-Перо [33] и другие резонансы. Данные моды отличаются друг от друга спектральным профилем резонанса, распределением ближнего поля и степенью его локализации, а также условиями возбуждения. Простейшим случаем локализованного плазмонного резонанса является дипольная плазмонная мода металлической сферы субволнового размера [16]. Условия возбуждения данной моды могут быть найдены в квазистатическом приближении путем решения уравнения Лапласа V2р = 0, где электростатический потенциал р связан с электрическим полем следующим образом: Е = -Vр. При взаимодействии сферы с внешним электромагнитным излучением, поле Е проникает в металл на величину скин-слоя и вызывает смещение электронного газа относительно положительно заряженного ионного остова. Таким образом, в плазмонной частице индуцируется переменный дипольный момент

где £ = £(с) - диэлектрическая проницаемость металла, £т - диэлектрическая

проницаемость окружающего диэлектрика, а - радиус сферы. Поляризуемость а сферической наночастицы, которая определяется как р = £0£аЕ, в соответствии с (1.9) имеет следующий вид

Из формулы (1.10) следует, что поляризуемость испытывает резонансное увеличение при условии

Выражение (1.11) называется условием Фрёлиха возбуждения дипольной моды локализованного поверхностного плазмона. В сильно неоднородных полях в металлических частицах могут возбуждаться плазмонные моды высших порядков. Условие возбуждения дипольных (I = 1), квадрупольных (I = 2),

р (Г ) = 4£та3 Е( г),

(1.9)

а = 4лаъ £ £т

£ + 2£т

(1.10)

(1.11)

октупольных (I = 3) и т.д. мод в сфере в общем виде записывается следующим образом

Яе^юу-^Ст, (1.12)

где I - порядок моды. В приближении малых потерь диэлектрическая проницаемость с(ю) описывается формулой (1.4). Тогда для моды порядка I

плазмонный резонанс в сферической частице, находящейся в воздухе (с = 1),

возбуждается при частоте

ю, = ,/ —1—юр, (113)

I Мц +1 р> V У

где ю - плазменная частота лежащего в основе металла. В частности, дипольная

мода возбуждается при частоте ю = юр/а/3. Из формулы (1.12) следует, что

частота плазмонного резонанса зависит в том числе от диэлектрической проницаемости окружающего диэлектрика. При увеличении 8т пик резонанса смещается в область больших длин волн. Важно подчеркнуть, что усиление поляризуемости ограничено сверху тем фактором, что знаменатель в (1.10)

никогда не устремляется к нулю из-за наличия потерь в металле (1т [с(ю)] ф о).

Взаимодействие света с субволновой сферой приводит к тому, что она начинает переизлучать свет как точечный диполь. Напряженность электрического поля, излучаемого диполем р записывается следующим образом

1

Еа

4л08т

вГкГ Л., ч чГ 1 ¡к Л 1кг

к1 (пхр)хп-+ (3п(п• р)-р)| -1—

^ \ г3 г1)

(114)

где к = 1л/Л - волновой вектор в вакууме, г - модуль радиус-вектора г, п -единичный вектор вдоль направления г. В ближней зоне (кг «с 1) поле диполя

определяется слагаемым, пропорциональным г . В дальней зоне (кг»1)

доминирующий вклад в поле вносит член, пропорциональный г. Таким образом, плазмонный резонанс в металлической сфере сопровождается

резонансным усилением поля как в ближней, так и в дальней зоне. Локализованные плазмонные резонансы характеризуются субволновой локализаций света вследствие возбуждения ближнеполевых компонент.

Ярким эффектом, возникающим при возбуждении локализованного плазмона, является резонансное увеличение сечения оптических процессов. Сечения рэлеевского рассеяния С8са и сечение поглощения СаЪ5 имеют следующий вид

При выполнении условия Фрёлиха (1.11) эффективность, с которой плазмонная наночастица взаимодействует со светом, сильно возрастает. Благодаря усилению поля при плазмонном резонансе, сечение линейных и нелинейных процессов, таких как комбинационное рассеяние, ИК поглощение, флюоресценция, генерация высших гармоник и др. может увеличиваться на несколько порядков [16,17].

Квазистатическое приближение, рассмотренное выше, хорошо описывает отклик субволновых частиц (при освещении видимым или ИК излучением характерный размер В = 2а < 100 нм). В общем виде задача рассеяния электромагнитной волны на сферической частице была решена в работах Ми [16, 17, 34, 35]. При увеличении размеров частицы теория Ми предсказывает уширение полосы плазмонного резонанса и спектральный сдвиг в длинноволновую область в силу эффектов запаздывания.

1.3. Поверхностные плазмон-поляритоны в интерфейсах металл-диэлектрик

(1.15)

СаЪз = к 1т Н .

(116)

Поверхностные плазмон-поляритоны в сущности представляют собой двумерные электромагнитные волны, которые распространяются вдоль поверхности металла, граничащего с диэлектриком. Простейшей геометрией, где

могут существовать поверхностные плазмон-поляритоны, является плоская граница раздела двух сред (рисунок 1.1а). Среды, занимающие верхнее и нижнее полупространства, характеризуются комплексными диэлектрическими проницаемостями £1(а) и £2(®), соответственно. Поверхностные плазмон-

поляритоны существуют только в виде ТМ-поляризованных волн (поляризация в плоскости падения).

Рисунок 1.1. (а) Поверхностный плазмон-поляритон на плоской границе металл-диэлектрик; (б) дисперсионное соотношение для света (розовая линия) и поверхностного плазмон-поляритона на поверхности непоглощающего проводника

(бордовая линия)

Выражение для плоской ТМ волны в верхнем (¡=1) и нижнем (¡=2) полупространстве выглядит следующим образом

Е =

Е-, X 0

хЕ,- , V - У

е1 (Рх-аг ) ^

(1.17)

где Е ■ х и Е 2 - комплексные амплитуды, Р = кх - проекция волнового вектора

вдоль направления распространения, к^ г - нормальная компонента волнового

вектора. Дисперсионное соотношение для поверхностных плазмон-поляритонов на плоской границе металл-диэлектрик имеет следующий вид [16]

Р = ко

V

Б\Б2

Б + б2

(1.18)

где к0 = ю/с - модуль волнового вектора в вакууме, с - угловая частота, с -скорость света в вакууме. Эффективный показатель преломления для поверхностного плазмон-поляритона, согласно (1.18) определяется следующим образом

^ =

ч

. (1.19)

+ ^2

Выражение для 2-компоненты волнового вектора записывается следующим образом

к > 2 = к<)<— —. (1.20)

!, 2 - .,

+ £2

В случае, когда потерями можно пренебречь (е" е[ и )> условие

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Харитонов Антон Викторович, 2019 год

Литература

1. Shalaev, V.M. Optical metamaterials: Fundamentals and applications / V.M. Shalaev, W. Cai. — NY: Springer Science & Business Media, 2009. — 200 p.

2. Near-zero refractive index photonics / I. Liberal, N. Engheta // Nat. Photonics. -2017. - V. 11. - P. 149-158.

3. Jahani, S. All-dielectric metamaterials / S. Jahani, Z. Jacob // Nat. Nanotechnol. -2016. - V. 11. - P. 23-36.

4. Hyperbolic metamaterials / A. Poddubny, I. Iorsh, P. Belov, Y. Kivshar // Nat. Photonics. - 2013. - V. 7. - P. 948-957.

5. Li, G. Nonlinear photonic metasurfaces / G. Li, S. Zhang, T. Zentgraf // Nat. Rev. Mater. - 2017. - V. 2.

6. Titanium Oxynitride Thin Films with Tunable Double Epsilon-Near-Zero Behavior for Nanophotonic Applications / L. Braic, N. Vasilantonakis, A. Mihai, I. J. Villar Garcia, S. Fearn, B. Zou, N. M. Alford, B. Doiron, R. F. Oulton, S. A. Maier, A. V. Zayats, P. K. Petrov // ACS Appl. Mater. Interfaces. - 2017. - Sep 6. - V. 9. - P. 29857-29862.

7. Boyd, R.W. Nonlinear optics / R.W. Boyd. - Orlando: Academic Press, 2003. -P. 613.

8. Kauranen, M. Nonlinear plasmonics / M. Kauranen, A. V. Zayats // Nat. Photonics. - 2012. - V. 6. - P. 737-748.

9. Spillane, S.M. Ultralow-threshold Raman laser using a spherical dielectric microcavity / S.M. Spillane, T.J. Kippenberg, K.J. Vahala // Nature. — 2002. — V. 415. — P. 621-623.

10. An all-silicon Raman laser / H.S. Rong, A.S. Liu, R. Jones, O. Cohen, D. Hak, R. Nicolaescu, A. Fang, M. Paniccia // Nature. - 2005. - V. 433. - P. 292-294.

11. Raman scattering from LO phonon-plasmon coupled modes in gallium nitride / T. Kozawa, T. Kachi, H. Kano, Y. Taga, M. Hashimoto, N. Koide, K. Manabe // J. Appl. Phys. - 1994. - V. 75. - P. 1098-1101.

12. Jackman, J.A. Nanoplasmonic sensors for biointerfacial science / J.A. Jackman, A. Rahim Ferhan, N.J. Cho // Chem. Soc. Rev. - 2017. - Jun 19. - V. 46. - P. 36153660.

13. Nanostructured Plasmonic Sensors / M.E. Stewart, C.R. Anderton, L.B. Thompson, J. Maria, S.K. Gray, J.A. Rogers, R.G. Nuzzo // Chem. Rev. - 2008. - V. 108. - P. 494-521.

14. Roh, S. Overview of the characteristics of micro- and nano-structured surface plasmon resonance sensors / S. Roh, T. Chung, B. Lee // Sensors. - 2011. - V. 11. - P. 1565-1588.

15. Pendry, J.B. Negative refraction makes a perfect lens / J.B. Pendry // Phys. Rev. Lett. - 2000. - V. 85. - P. 3966-3969.

16. Maier, S.A. Plasmonics: Fundamentals and applications / S.A. Maier. - NY: Wiley, 2007. - P. 223.

17. Novotny, L. Principles of nano-optics / L. Novotny, B. Hecht. - Cambridge: Cambridge University Press, 2006. — 539 p.

18. Giant nonlinear response from plasmonic metasurfaces coupled to intersubband transitions / J. Lee, M. Tymchenko, C. Argyropoulos, P. Y. Chen, F. Lu, F. Demmerle, G. Boehm, M. C. Amann, A. Alu, M. A. Belkin // Nature. - 2014. - Jul 3. - V. 511. - P. 65-69.

19. Broadband Plasmon Resonance Enhanced Third-Order Optical Nonlinearity in Refractory Titanium Nitride Nanostructures / R. Sato, S. Ishii, T. Nagao, M. Naito, Y. Takeda // ACS Photonics. - 2018. - V. 5. - P. 3452-3458.

20. Plasmon-enhanced high-harmonic generation from silicon / G. Vampa, B. G. Ghamsari, S. Siadat Mousavi, T. J. Hammond, A. Olivieri, E. Lisicka-Skrek, A. Y. Naumov, D. M. Villeneuve, A. Staudte, P. Berini, P. B. Corkum // Nat. Physics. - 2017. - V. 13. - P. 659-662.

21. Nonlinear Raman Effects Enhanced by Surface Plasmon Excitation in Planar Refractory Nanoantennas / S. S. Kharintsev, A. V. Kharitonov, S. K. Saikin, A. M. Alekseev, S. G. Kazarian // Nano Lett. - 2017. - Sep 13. - V. 17. - P. 5533-5539.

22. Atwater, H. Plasmonics for improved photovoltaic devices / H. A. Atwater, A. Polman // Nat. Mater. - 2010. - Mar. - V. 9. - P. 205-213.

23. Plasmonic Biomimetic Nanocomposite with Spontaneous Subwavelength Structuring as Broadband Absorbers / M. Li, U. Guler, Y. Li, A. Rea, E. K. Tanyi, Y. Kim, M. A. Noginov, Y. Song, A. Boltasseva, V. M. Shalaev, N. A. Kotov // ACS Energy Lett. - 2018. - V. 3. - P. 1578-1583.

24. Kawata, S. Plasmonics for near-field nano-imaging and superlensing / S. Kawata, Y. Inouye, P. Verma // Nat. Photonics. - 2009. - V. 3. - P. 388-394.

25. Nanolasers Enabled by Metallic Nanoparticles: From Spasers to Random Lasers / Z. Wang, X. Meng, A. V. Kildishev, A. Boltasseva, V. M. Shalaev // Laser Photon. Rev. - 2017. - V. 11.

26. Active nanoplasmonic metamaterials / O. Hess, J. B. Pendry, S. A. Maier, R. F. Oulton, J. M. Hamm, K. L. Tsakmakidis // Nat. Mater. - 2012. - Jun 21. - V. 11. - P. 573-584.

27. Naik, G.V. Alternative plasmonic materials: beyond gold and silver / G. V. Naik, V. M. Shalaev, A. Boltasseva // Adv. Mater. - 2013. - Jun 25. - V. 25. - P. 3264-3294.

28. Single-crystalline silver films for plasmonics / J. H. Park, P. Ambwani, M. Manno, N. C. Lindquist, P. Nagpal, S. H. Oh, C. Leighton, D. J. Norris // Adv. Mater. -2012. - Aug 2. - V. 24. - P. 3988-3992.

29. Fedotov, V.A. Low-loss plasmonic metamaterial based on epitaxial gold monocrystal film / V.A. Fedotov, T. Uchino, J.Y. Ou // Opt. Express. - 2012. - V. 20. -P. 9545-9550.

30. Calculated absorption and scattering properties of gold nanoparticles of different size, shape, and composition: Applications in biological imaging and biomedicine / P.K. Jain, K.S. Lee, I.H. El-Sayed, M.A. El-Sayed // J. Phys. Chem. B. - 2006. - V. 110. - P. 7238-7248.

31. The Fano resonance in plasmonic nanostructures and metamaterials / B. Luk'yanchuk, N. I. Zheludev, S. A. Maier, N. J. Halas, P. Nordlander, H. Giessen, C. T. Chong // Nat. Mater. - 2010. - Sep. - V. 9. - P. 707-715.

32. Ciraci, C. Probing the Ultimate Limits of plasmonic enhancement / C. Ciraci, R.T. Hill, J.J. Mock, Y. Urzhumov, A.I. Fernández-Domínguez, S.A. Maier, J.B. Pendry, A. Chilkoti, et.al. // Science. - 2012. - V. 337. - P. 1072-1074.

33. Theoretical analysis and experimental demonstration of resonant light scattering from metal nanostrips on quartz / J. Jung, T. Sondergaard, J. Beermann, A. Boltasseva, S.I. Bozhevolnyi // J. Opt. Soc. Am. B. — 2009. — V. 26. — P. 121-124.

34. Quinten, M. Optical properties of nanoparticle systems: Mie and beyond / M. Quinten. — NY: Wiley-VCH, 2011. — 502 p.

35. Lee, R.L. Mie theory, Airy theory and the natural rainbow / R.L. Lee // Appl. Phys. — 1998. — V. 37. — P. 1506-1519.

36. Kriegel, I. Plasmonic doped semiconductor nanocrystals: Properties, fabrication, applications and perspectives / I. Kriegel, F. Scotognella, L. Manna // Phys. Reports. -2017. - V. 674. - P. 1-52.

37. Stanley, R. Plasmonics in the mid-infrared / R. Stanley // Nat. Photonics. - 2012. - V. 6. - P. 409-411.

38. Low, T. Graphene Plasmonics for Terahertz to Mid-Infrared Applications / T. Low, P. Avouris // ACS Nano. - 2014. - V. 8. - P. 1086-1101.

39. Infrared plasmonics with conductive ternary nitrides / C. Metaxa, S. Kassavetis, J. F. Pierson, D. Gall, P. Patsalas // ACS Appl. Mater. Interfaces. - 2017. - Mar 29. - V. 9. - P. 10825-10834.

40. Comprehensive study of plasmonic materials in the visible and near-infrared: Linear, refractory, and nonlinear optical properties / G. Albrecht, M. Ubl, S. Kaiser, H. Giessen, M. Hentschel // ACS Photonics. - 2018. - V. 5. - P. 1058-1067.

41. Temperature-dependent optical properties of plasmonic titanium nitride thin films / H. Reddy, U. Guler, Z. Kudyshev, A. V. Kildishev, V. M. Shalaev, A. Boltasseva // ACS Photonics. - 2017. - V. 4. - P. 1413-1420.

42. Jiang, Q. Size-dependent melting point of noble metals / Q. Jiang, S. Zhang, M. Zhao // Mater. Chem. Phys. - 2003. - V. 82. - P. 225-227.

43. The role of interfacial charge transfer-type interactions in the decay of plasmon excitations in metal nanoparticles / K. O. Aruda, M. Tagliazucchi, C. M. Sweeney, D.

C. Hannah, E. A. Weiss // Phys. Chem. Chem. Phys. - 2013. - May 28. - V. 15. - P. 7441-7449.

44. Solar-Powered Plasmon-Enhanced Heterogeneous Catalysis / A. Naldoni, F. Riboni, U. Guler, A. Boltasseva, V. M. Shalaev, A. V. Kildishev // Nanophotonics. -2016. - V. 5. 112-133.

45. Refractory plasmonics with titanium nitride: broadband metamaterial absorber / W. Li, U. Guler, N. Kinsey, G. V. Naik, A. Boltasseva, J. Guan, V. M. Shalaev, A. V. Kildishev // Adv. Mater. - 2014. - Dec 17. - V. 26. - P. 7959-7965.

46. Heat-assisted magnetic recording by a near-field transducer with efficient optical energy transfer / W. A. Challener, C. Peng, A. V. Itagi, D. Karns, W. Peng, Y. Peng, X. Yang, X. Zhu, N. J. Gokemeijer, Y. T. Hsia, G. Ju, R. E. Rottmayer, M. A. Seigler, E. C. Gage // Nat. Photonics. - 2009. - V. 3. - P. 220-224.

47. Plasmonic near-field transducer for heat-assisted magnetic recording / N. Zhou, X. Xu, A. T. Hammack, B. C. Stipe, K. Gao, W. Scholz, E. C. Gage // Nanophotonics. -2014. - V. 3. 141-155.

48. Photo-thermal tumor ablation in mice using near infrared-absorbing nanoparticles / D. P. O'Neal, L. R. Hirsch, N. J. Halas, J. D. Payne, J. L. West // Cancer Lett. - 2004. - Jun 25. - V. 209. - P. 171-176.

49. Local heating with lithographically fabricated plasmonic titanium nitride nanoparticles / U. Guler, J. C. Ndukaife, G. V. Naik, A. G. Nnanna, A. V. Kildishev, V. M. Shalaev, A. Boltasseva // Nano Lett. - 2013. - V. 13. - P. 6078-6083.

50. Dressel, M. Electrodynamics of Solids: Optical properties of electrons in matter / M. Dressel, G. Gruner. - Cambridge: University Press, 2002. - 474 p.

51. Khurgin, J.B. In search of the elusive lossless metal / J. B. Khurgin, G. Sun // Applied Physics Letters. - 2010. - V. 96. P. 181102.

52. All-dielectric optical nanoantennas / A.E. Krasnok, A.E. Miroshnichenko, P.A. Belov, Y.S. Kivshar // Opt. Express. - 2012. - V. 20. - P. 20599-20604.

53. Naik, G.V. Oxides and nitrides as alternative plasmonic materials in the optical range / G.V. Naik, J. Kim, A. Boltasseva // Opt. Mater. Express. - 2011. - V. 1. - P. 1090-1099.

54. Examining the performance of refractory conductive ceramics as plasmonic materials: a theoretical approach / M. Kumar, N. Umezawa, S. Ishii, T. Nagao // ACS Photonics. - 2015. - V. 3. - P. 43-50.

55. Conductive nitrides: rowth principles, optical and electronic properties, and their perspectives in photonics and plasmonics / P. Patsalas, N. Kalfagiannis, S. Kassavetis, G. Abadias, D. V. Bellas, C. Lekka, E. Lidorikis // Mater. Sci. Eng. R. - 2018. - V. 123.

- P. 1-55.

56. Patsalas, P. Optical properties and plasmonic performance of titanium nitride / P. Patsalas, N. Kalfagiannis, S. Kassavetis // Materials. - 2015. - V. 8. - P. 3128-3154.

57. Guler, U. Refractory plasmonics / U. Guler, A. Boltasseva, V.M. Shalaev // Science. - 2014. - V. 344. - P. 263-264.

58. Refractory plasmonics without refractory materials / G. Albrecht, S. Kaiser, H. Giessen, M. Hentschel // Nano Lett. - 2017. - Oct 11. - V. 17. - P. 6402-6408.

59. Doubly enhanced second harmonic generation through structural and epsilon-near-zero resonances in TiN nanostructures / X. Wen, G. Li, C. Gu, J. Zhao, S. Wang, C. Jiang, S. Palomba, C. Martijn de Sterke, Q. Xiong // ACS Photonics. - 2018. - V. 5.

- P. 2087-2093.

60. Nonlinear refractory plasmonics with titanium nitride nanoantennas / L. Gui, S. Bagheri, N. Strohfeldt, M. Hentschel, C. M. Zgrabik, B. Metzger, H. Linnenbank, E. L. Hu, H. Giessen // Nano Lett. - 2016. - Sep 14. - V. 16. - P. 5708-5713.

61. Broadband hot-eectron collection for solar water splitting with plasmonic titanium nitride / A. Naldoni, U. Guler, Z. Wang, M. Marelli, F. Malara, X. Meng, L. V. Besteiro, A. O. Govorov, A. V. Kildishev, A. Boltasseva, V. M. Shalaev // Adv. Opt. Mater. - 2017. - V. 5.

62. Titanium nitride as a plasmonic material for visible and near-infrared wavelengths / G.V. Naik, J.L. Schroeder, X.J. Ni, A.V. Kildishev, T.D. Sands, A. Boltasseva // Opt. Mater. Express. — 2013. — V. 3. — P. 1658-1659.

63. Venting temperature determines surface chemistry of magnetron sputtered TiN films / G. Greczynski, S. Mraz, L. Hultman, J. M. Schneider // Appl. Phys. Lett. - 2016.

- V. 108.

64. . Greczynski, G. Self-consistent modelling of X-ray photoelectron spectra from air-exposed polycrystalline TiN thin films / G. Greczynski, L. Hultman // Appl. Surf. Sci. - 2016. - V. 387. - P. 294-300.

65. Plasmonic titanium nitride nanostructures via nitridation of nanopatterned titanium dioxide / U. Guler, D. Zemlyanov, J. Kim, Z. Wang, R. Chandrasekar, X. Meng, E. Stach, A. V. Kildishev, V. M. Shalaev, A. Boltasseva // Adv. Opt. Mater. -2017. - V. 5. - P. 1600717.

66. Thermodynamic routes to novel metastable nitrogen-rich nitrides / W. Sun, A. Holder, B. Orvananos, E. Area, A. Zakutayev, S. Lany, G. Ceder // Chem. Mater. -2017. - V. 29. - P. 6936-6946.

67. Batzill, M. Influence of nitrogen doping on the defect formation and surface properties of TiO2 rutile and anatase / M. Batzill, E. H. Morales, U. Diebold // Phys. Rev. Lett. - 2006. - Jan 20. - V. 96. - P. 026103.

68. Interaction of oxygen with TiN(001): N<->O exchange and oxidation process / J. Graciani, J. Fdez Sanz, T. Asaki, K. Nakamura, J. A. Rodriguez // J. Chem. Phys. -2007. - Jun 28. - V. 126. - P. 244713.

69. Niemela, J.-P. Titanium dioxide thin films by atomic layer deposition: a review / J.-P. Niemela, G. Marin, M. Karppinen // Semicond. Sci. Tech.. - 2017. - V. 32.

70. Electrochemical design of plasmonic nanoantennas for tip-enhanced optical spectroscopy and imaging performance / S. Kharintsev, A. Alekseev, V. Vasilchenko, A. Kharitonov, M. Salakhov // Opt. Mater. Express. - 2015. - V. 5.

71. Spectral decomposition of Raman spectra of mixed-phase TiO2 thin films on Si and silicate substrates / S. Schipporeit, D. Mergel // J. Raman Spectrosc. - 2018. - V. 49. - P. 1217-1229.

72. Raman spectroscopy characterization of TiO2 rutile nanocrystals / T. Mazza, E. Barborini, P. Piseri, P. Milani, D. Cattaneo, A. Li Bassi, C. E. Bottani, C. Ducati // Phys. Rev. B.. - 2007. - V. 75.

73. Tompsett, G.A. The Raman spectrum of brookite, TiO2 (Pbca, Z = 8) / G.A. Tompsett, G.A. Bowmaker, R.P. Cooney, J.B. Metson, K.A. Rodgers, J.M. Seakins // J. Raman. Spectrosc. - 1995. - V. 26. - P. 57-62.

74. Shalaev, V.M. Nonlinear optics of random media: Fractal composites and metal-dielectric films / V.M. Shalaev — NY: Springer, 2000. — 159 p.

75. Shalaev, V.M. Optical properties of nanostructured random media / V.M. Shalaev. — NY: Springer Science & Business Media, 2003. — 454 p.

76. Magnetism from conductors and enhanced nonlinear phenomena / J.B. Pendry, A.J. Holden, D.J. Robbins, W.J. Stewart // IEEE T. Microw. Theory. - 1994. - V. 47. -P. 2075-2084.

77. Electromagnetic parameter retrieval from inhomogeneous metamaterials / D. R. Smith, D. C. Vier, T. Koschny, C. M. Soukoulis // Phys. Rev. E. - 2005. - V. 71. - P. 036617.

78. A Unique extraction of metamaterial parameters based on kramers-kronig relationship / Z. Szabo, G.-H. Park, R. Hedge, E.-P. Li // IEEE T. Microw. Theory. -2010. - V. 58. - P. 2646-2653.

79. Robust method to retrieve the constitutive effective parameters of metamaterials / X. Chen, T. M. Grzegorczyk, B. I. Wu, J. Pacheco, Jr., J. A. Kong // Phys. Rev. E. -2004. - V. 70. - P. 016608.

80. Sullivan, D.M. Electromagnetic simulation using the FDTD Method / D.M. Sullivan. - NY: Wiley-IEEE Press, 2013. - 192 p.

81. Palik, E.D. Handbook of optical constants of solids: 5-volume set. V. 3. / E.D. Palik. — Cambridge: Academic Press, 1998. — 999 p.

82. Distinguishing adjacent molecules on a surface using plasmon-enhanced Raman scattering / S. Jiang, Y. Zhang, R. Zhang, C. Hu, M. Liao, Y. Luo, J. Yang, Z. Dong, J. G. Hou // Nat. Nanotechnol. - 2015. - Oct. - V. 10. - P. 865-869.

83. Novotny, L. Theory of nanometric optical tweezers / L. Novotny, R.X. Bian, X.S. Xie // Phys. Rev. Lett. - 1997. - V. 79. - P. 645-648.

84. Li, K. Self-similar chain of metal nanospheres as an efficient nanolens / K. Li, M.I. Stockman, D.J. Bergman // Phys. Rev. Lett. - 2003. - V. 91. - P. 227402.

85. Effective third-order nonlinearities in metallic refractory titanium nitride thin films / N. Kinsey, A. A. Syed, D. Courtwright, C. DeVault, C. E. Bonner, V. I.

Gavrilenko, V. M. Shalaev, D. J. Hagan, E. W. Van Stryland, A. Boltasseva // Opt. Mater. Express.. - 2015. - V. 5.

86. Sondergaard, T. Metal nano-strip optical resonators / T. Sondergaard, S.I. Bozhevolnyi // Opt. Express. — 2007. — V. 15. — P. 4198-4204.

87. Single beam optical vortex tweezers with tunable orbital angular momentum / M. Gecevicius, R. Drevinskas, M. Beresna, P. G. Kazansky // Appl. Phys. Lett. - 2014. -V. 104.

88. Beresna, M. Polarization sensitive elements fabricated by femtosecond laser nanostructuring of glass / M. Beresna, M. Gecevicius, P.G. Kazansky // Opt. Mater. Express. — 2011. — V. 1. — P. 783-795.

89. Kharintse, S.S. A simple method to extract spectral parameters using fractional derivative spectrometry / S. S. Kharintsev, M. Salakhov // Spectrochim. Acta A. Mol. Biomol. Spectrosc. - 2004. - V. 60. - P. 2125-2133.

90. Brongersma, M.L. Electromagnetic energy transfer and switching in nanoparticle chain arrays below the diffraction limit / M.L. Brongersma, J.W. Hartman, H.A. Atwater // Phys. Rev. B. - 2000. - V. 62. - P. 16356-16359.

91. Theory of linear chains of metamaterial/plasmonic particles as subdiffraction optical nanotransmission lines / A. Alù, N. Engheta // Phys. Rev. B.. - 2006. - V. 74.

92. Atomic force and shear force based tip-enhanced Raman spectroscopy and imaging / S. S. Kharintsev, G. G. Hoffmann, P. S. Dorozhkin, G. d. With, J. Loos // Nanotechnology. - 2007. - V. 18.

93. Hell, S.W. Breaking the diffraction resolution limit by stimulated-emission -stimulated-emission-depletion fluorescence microscopy / S.W. Hell, J. Wichmann // Opt. Lett. - 1994. - V. 19. - P. 780-782.

94. Klar, T.A. Subdiffraction resolution in far-field fluorescence microscopy / T.A. Klar, S.W. Hell // Opt. Lett. - 1999. - V. 24. - P. 954-956.

95. Hell, S.W. Toward fluorescence nanoscopy / S. W. Hell // Nat. Biotechnol. -2003. - V. 21. - P. 1347-1355.

96. Macromolecular-scale resolution in biological fluorescence microscopy / G. Donnert, J. Keller, R. Medda, M.A. Andrei, S.O. Rizzoli, R. Luhrmann, R. Jahn, C. Eggeling, S.W. Hell // P. Natl. A. Sci. USA. - 2006. - V. 103. - P. 11440-11445.

97. Solid immersion facilitates fluorescence microscopy with nanometer resolution and sub-angstrom emitter localization / D. Wildanger, B. R. Patton, H. Schill, L. Marseglia, J. P. Hadden, S. Knauer, A. Schonle, J. G. Rarity, J. L. O'Brien, S. W. Hell, J. M. Smith // Adv Mater. - 2012. - Nov 20. - V. 24. - P. 0P309-313.

98. Rapid three-dimensional isotropic imaging of living cells using Bessel beam plane illumination / T. A. Planchon, L. Gao, D. E. Milkie, M. W. Davidson, J. A. Galbraith, C. G. Galbraith, E. Beitzig // Nat. Methods. - 2011. - May. - V. 8. - P. 417423.

99. Rust, M.J. Sub-diffraction-limit imaging by stochastic optical reconstruction microscopy (STORM) / M. J. Rust, M. Bates, X. Zhuang // Nat. Methods. - 2006. -Oct. - V. 3. - P. 793-795.

100. Three-dimensional super-resolution imaging by stochastic optical reconstruction microscopy / B. Huang, W.Q. Wang, M. Bates, X.W. Zhuang // Science. — 2008. — V. 319. — P. 810-813.

101. Lee, H.L. Superresolution Imaging of Targeted Proteins in Fixed and Living Cells Using Photoactivatable Organic Fluorophores / H.L. Lee, S.J. Lord, S. Iwanaga, K. Zhan, H. Xie, J.C. Williams, H. Wang, G.R. Bowman, et. al. // J. Am. Chem. Soc. -2010. - V. 132. - P. 15099-15101.

102. Photoswitching mechanism of cyanine dyes / G.T. Dempsey, M. Bates, W.E. Kowtoniuk, D.R. Liu, R.Y. Tsien, X.W. Zhuang // Biophys. J. — V. 98. — P. 393A.

103. Lee, J. Visualizing vibrational normal modes of a single molecule with atomically confined light / J. Lee, K. T. Crampton, N. Tallarida, V. A. Apkarian // Nature. - 2019.

- Apr. - V. 568. - P. 78-82.

104. Novotny, L. The history of near-field optics / L. Novotny // Prog. Opt. — 2007.

- Vol. 50. — P. 137-180.

105. Optical Antennas / P. Bharadwaj, B. Deutsch, L. Novotny // Adv. Opt. Photonics.

- 2009. - V. 1. - P. 440-472.

106. Antennas for light / L. Novotny, N. van Hulst // Nat. Photonics. - 2011. - V. 5. -P. 83-90.

107. Nie, S. Probing single molecules and single nanoparticles by surface-enhanced Raman scattering / S. Nie, S.R. Emory // Science. - 1997. - V. 275. - P. 1102-1106.

108. Le Ru, E.C. Surface Enhanced Raman Scattering Enhancement Factors: A Comprehensive Study / E.C. Le Ru, E. Blackie, M. Meyer, P.G. Etchegoin // J. Phys. Chem. C. - 2007. - V. 111. - P. 13794-13803.

109. Inouye, Y. Near-field scanning optical microscope with a metallic probe tip / Y. Inouye, S. Kawata // Opt. Lett. — 1994. — V. 19. — P. 159-161.

110. Nanoscale chemical analysis by tip-enhanced Raman spectroscopy / R.M. Stockle, Y.D. Suh, V. Deckert, R. Zenobi / Chem. Phys. Lett. — 2000. — V. 318. — P. 131-136.

111. Veselago, V.G. The electrodynamics of substances with simultaneously negative values of e and ^ / V.G. Veselago // Sov. Phys. Usp. - 1968. - V. 10. - P. 509-514.

112. Dual-band negative index metamaterial: double negative at 813nm and single negative at 772nm / U.K. Chettiar, A.V. Kildishev, H.K. Yuan, W.S. Cai, S.M. Xiao, V.P. Drachev, V.M. Shalaev // Opt. Lett. - 2007. - V. 32. - P. 1671-1673.

113. Fang, N. Sub-diffraction-limited optical imaging with a silver superlens / N. Fang, H. Lee, C. Sun, X. Zhang // Science. - 2005. - V. 22. - P. 534-537.

114. Superlens based on metal-dielectric composites / W. Cai, D. A. Genov, V. M. Shalaev // Phys. Rev. B.. - 2005. - V. 72.

115. Far-field optical superlens / Z.W. Liu, S. Durant, H. Lee, Y. Pikus, N. Fang, Y. Xiong, C. Sun, X. Zhang // Nano Lett. - 2007. - V. 7. - P. 403-408.

116. Kim, H. Superresolution four-wave mixing microscopy / H. Kim, G.W. Bryant, S.J. Stranick // Opt. Express. - 2012. - V. 6. - P. 6042-6051.