Оптические исследования плазмонных магнитооптических и люминесцирующих наноструктур тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.05, кандидат наук Шайманов Алексей Николаевич

• Шайманов Алексей Николаевич
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Шайманов Алексей Николаевич

Введение

Глава 1. Оптические и магнитооптические эффекты в плазмонных наносистемах (современное состояние)

1.1 Взаимодействие света с плазмонными наноструктурами

1.1.1. Поверхностные плазмон-поляритоны на границе раздела металл-диэлектрик. Основные способы возбуждения плазмонных резонансов

1.1.2. Локализованные плазмонные резонансы в упорядоченной и неупорядоченной системе из наночастиц

1.1.3. Плазмонные периодические наноструктуры с волноводным слоем

1.2. Усиление магнитооптического отклика в плазмонных наноструктурах

1.2.1. Магнитооптические эффекты в однородных плёнках и неплазмонных наноструктурах

1.2.2. Магнитооптический отклик плазмонной 2Б структуры из наночастиц

1.2.3. Генерация второй гармоники и нелинейные магнитооптические эффекты

1.2.4. Нелинейный магнитооптический отклик плазмонной 2Б структуры из наночастиц

1.3. Приложение плазмонного резонанса к оптическим биосенсорам

1.4. Люминесцирующие плазмонные наноструктуры

1.4.1. Исследование коэффициента оптического усиления и времени затухания фотолюминесценции

1.4.2. Оптические свойства люминесцирующих плазмонных наноструктур

1.4.3. Люминесцирующие магнитооптические структуры

Глава 2. Исследование свойств магнитооптических плазмонных наноструктур

2.1. Технология изготовления, методики и геометрии эксперимента, модели для численного анализа спектральных свойств магнитных плазмонных структур

2.1.1. Линейный магнитооптический отклик 2D наноструктур из золотых наночастиц в слое Bi: YIG

2.2. Плазмонные резонансы двумерной решетки из металлических частиц внутри диэлектрического слоя: поляризационные особенности

2.3. Магнитооптический отклик 2D Au-Bi: YIG наноструктур на основе вложенных решёток при изменения эффективного показателя преломления

2.4. Магнитоиндуцированный нелинейный отклик при возбуждении решеточного плазмонного резонанса

Выводы

Глава 3. Аномалия Рэлея-Вуда для оптического и магнитооптического биосенсора. Изменение оптических свойств плазмонных 1D наноструктур при взаимодействии поверхностного и локализованного плазмонов

3.1. Технология изготовления, методики

3.1.1. Методика подготовки поверхности для регистрации биомолекулярных реакций

3.1.2. Численная модель 1D наноструктуры из золотых полосок

3.2. Оптимизация параметров наноструктур для увеличения чувствительности биосенсоров

3.2.1. Природа спектральных особенностей в спектрах Au 1D наноструктур

3.2.2. Результаты детектирования биомаркеров с помощью 1D Au наноструктур

3.3. Аномалия Рэлея-Вуда в приложении к плазмонным биосенсорам, изготовленным на основе 1D магнитооптических структур

3.4. Оценка чувствительности исследуемых наноструктур

Выводы

Глава 4. Исследование особенностей спектров фотолюминесценции и кинетики ее распада для люминесцирующих 2D плазмонных наноструктур

4.1 Технология изготовления, методики и геометрии эксперимента, модели для численного анализа спектров

4.1.1. Методика измерения коэффициента оптического усиления в пленках активной среды

4.1.2. Способы исследования оптических свойств люминесцирующих плазмонных 2D наноструктур

4.2. Коэффициент оптического усиления в пленках активной среды с красителями

4.3. Спектральные особенности исследуемых 2D плазмонных наноструктур

4.4. Исследование особенностей спектров фотолюминесценции и кинетики ее распада для люминесцирующих плазмонных наноструктур

Выводы

Глава 5. Задел для будущих исследований

5.1. Экспериментальное исследование оптических свойств 2D

Au - Bi: YIG наноструктур на основе вложенных решёток

5.2. Исследование оптических свойств 2D плазмонной наноструктуры, построенной по аналогии с принципом Бабине

5.3. Улучшение характеристик люминесцирующих 2D плазмонных наноструктур

5.4. Увеличение возможностей использования наноструктур посредством защиты слоя квантовых точек

Заключение

Благодарности

Список публикаций по теме диссертации:

Цитированная литература:

Введение

Диссертационная работа посвящена экспериментальному исследованию оптических эффектов в одномерных (1D) и двухмерных (2D) плазмонных наноструктурах, изготовленных из благородных металлов (Ag, Au) и оптически-активных материалов - висмут-замещённого железоиттриевого граната (Bi: YIG) или люминесцирующих слоёв на основе полимеров и органических красителей.

В ходе выполнения работы были предложены и изготовлены наноструктуры с различным дизайном, изучена взаимосвязь их кристаллической структуры и оптического отклика, проведены эксперименты и численный анализ с целью демонстрации возможных практических приложений с использованием таких наноструктур. В частности, демонстрируется возможность усиления магнитооптического отклика 2D наноструктур на частотах плазмонного резонанса и трансформация поляризационного состояния прошедшей волны. Изучение 1D наноструктур, показало, что спектральное смещение добротного резонансного пика в спектрах пропускания (аномалия Рэлея-Вуда) позволяет обнаружить предельно малые концентрации биомолекул. Анализ свойств плазмонных магнитооптических 1D наноструктур показал, что чувствительный элемент на их основе является перспективным, так как имеет большую чувствительность. В случае плазмонных 2D наноструктур на основе люминесцентных слоёв (резонаторов с распределённой обратной связью), исследовано влияние структурных свойств плазмонной подсистемы на спектр фотолюминесценции и изменение кинетики её распада.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оптические исследования плазмонных магнитооптических и люминесцирующих наноструктур»

Актуальность темы диссертационной работы

Все большее внимание научного сообщества направлено на исследование плазмонных наноструктур, т.к. они являются перспективными для использования в оптических устройствах, значительного повышения их функциональности и миниатюризации существующих приборов.

Практическое применение на сегодняшний день нашли плазмонные биосенсоры Ыасогв, основанные на распространении поверхностной плазмон-поляритонной (ППП) волны [1]. В данном методе используется призма, что вносит ограничения на размеры экспериментальной установки, а также усложняет процесс детектирования. Современные методы нанолитографии позволяют уменьшить размеры чувствительных элементов биосенсоров на основе плазмонного резонанса [2], увеличить чувствительность биосенсоров [3] и эффективность микрофлюидных систем [4], а также изготавливать наноструктуры с упрощённой схемой детектирования, используя, например, в качестве устройства для анализа прошедшего через наноструктуру излучения, камеру телефона [5].

Помимо поверхностного плазмонного резонанса, в наноструктурах возможно возбуждение локализованного плазмонного резонанса (ЛПР) - локализованного на наночастице. Характеристики ЛПР значительно зависят от окружающей наночастицу среды, ее формы и размера и симметрии массива наночастиц [6]. В спектрах периодических наноструктур можно наблюдать два проявления ЛПР: резонанс, связанный с возбуждением на уединенной наночастице, спектральное положение которого не зависит от периода решетки и второй резонанс -решеточный ЛПР (РЛПР), свойства которого напротив, определяются периодом решетки [7, А3]. Такая «настраиваемость» спектрального положения РЛПР, а также миниатюрность плазмонных наноструктур вызывает фундаментальный и прикладной интерес в рамках разработки функциональных компактных оптоэлектронных устройств. Однако в литературе не рассматривалась возможность управления спектральным положением РЛПР с помощью дополнительной подрешетки наночастиц, то есть возможность управления РЛПР через эффективную диэлектрическую постоянную. В диссертационной работе демонстрируется, что для плазмонных 2D наноструктур на основе вложенных решёток наночастиц можно «сконструировать» коротковолновый и длинноволновый РЛПР и «настраивать» их за счёт размера наночастиц в подрешётках [А5].

Эффекты, связанные с локальным усилением электромагнитного поля при возбуждении плазмонного резонанса и его специфическим распределением в решётке, открывают ещё одну область для исследований - плазмонные магнитооптические наноструктуры [8]. Механизм, приводящий к увеличению магнитооптического (МО) отклика таких наноструктур, можно описать как с помощью аналитической зависимости положения ППП от намагниченности [9, 10], так и с помощью численных расчетов [11]. В диссертационной работе детально обсуждаются механизмы усиления МО отклика в 2D Au-Bi:YIG наноструктурах, а именно увеличение линейного [Л1] и квадратичного магнитооптического интенсивностного эффекта [Л2] в геометрии Фогта. Отдельно стоит отметить, что в таких 2D Au-Bi:YIG наноструктурах на основе вложенных решеток открывается возможность для управления магнитооптическим откликом при помощи предельно малых изменений в структуре или материальных свойствах вложенной подрешетки [Л5].

Взаимодействие между различными плазмонными или плазмонными и волноводными модами, одновременно возбуждаемыми в наноструктуре, проявляется в оптических спектрах как пик - резонанс Фано. В спектрах плазмонных наноструктур, резонанс Фано может иметь высокую добротность, поэтому является перспективным для обнаружения биомолекулярных реакций и свидетельствовать о наличии предельно низких концентрациях биомаркеров заболеваний в жидкостях человеческого организма. В диссертационной работе исследовались чувствительные элементы биосенсоров на основе Ш золотых нанополосок, в спектрах пропускания которых наблюдался резонанс Фано, обусловленный аномалией Рэлея-Вуда. Было показано, что такие элементы могут использоваться для детектирования биомолекул в растворах с концентрацией 1нМ (10-9 моль/л) [2, Л4], а чувствительный элемент биосенсора на основе магнитооптической плазмонной Ш наноструктуры (Ш Ли^^Ю) может использоваться для детектирования низких концентраций биомолекул за счёт измерения МО отклика [А14].

Усиление локального поля при возбуждении плазмонных резонансов всегда сопряжено с возникновением значительных омических потерь, т.е. с поглощением падающего излучения. Компенсация поглощения может быть осуществлена за счет использования люминесцирующих материалов, таких как органические красители или квантовые точки [12]. Действительно, например, система наночастица-квантовая точка изучалась в работах [13, 14]. В таких системах поглощённое квантовой точкой излучение безызлучательно передаётся наночастице, в результате чего происходит усиление интенсивности поля ЛПР. Известно, что, в периодических наноструктурах с люминесцирующим слоем, спектр фотолюминесценции и кинетика её распада значительно меняются и возможно достижение режима генерации лазерного излучения [15-19]. В диссертационной работе подробно исследуется влияние структурных параметров плазмонных 2D наноструктур на спектр фотолюминесценции органического красителя и кинетику её затухания [А7].

Таким образом, исследования плазмонных периодических как наноструктур, изготовленных в рамках диссертационной работы, так и на основе материалов с другими видами оптической активности являются актуальной задачей, областью повышенного интереса научного сообщества, так как имеют потенциал для практического применения.

Целями диссертационной работы являются экспериментальное исследование взаимодействия поляризованного света с плазмонными наноструктурами и теоретический анализ основных особенностей в их спектрах. Для этого в ходе выполнения диссертационной работы были решены следующие задачи:

1. Экспериментально и теоретически исследовать особенности отклика плазмонных магнитооптических наноструктур на основе 2D решеток золотых наночастиц, внедренных в субмикронный слой Bi:YIG.

2. Изготовить чувствительные элементы оптического биосенсора на основе Ш решетки золотых нанополосок и экспериментальное исследовать влияние структурных параметров на добротность резонанса Фано, отвечающего аномалии

Релея-Вуда. Анализ свойств чувствительного элемента на основе плазмонной магнитооптической 1D Au-Bi: YIG наноструктуры. Продемонстрировать чувствительность в экспериментах по детектированию предельно низких концентраций биомаркеров заболеваний.

3. Изготовить различные 2D наноструктуры на основе благородных металлов и люминесцирующих слоёв (резонаторов с распределенной обратной связью). Экспериментально исследовать спектры люминесценции и кинетики её распада в зависимости от структурных параметров.

Объект и предмет исследования:

Объектами исследования являются плазмонные наноструктуры на основе благородных металлов и оптически-активных материалов (Ag, Au) -магнитооптических слоёв на основе висмут-замещенного железоиттриевого граната (Bi:YIG) или люминесцирующих слоёв на основе полимеров и органических красителей. Предметом исследования является исследование оптических свойств плазмонных наноструктур, влияние на их свойства структурных и материальных параметров, вопросы использования обнаруженных свойств для оптических приложений.

Методология исследования:

При проведении экспериментальных исследований применялись следующие методики: спектроскопическая эллипсометрия для определения диэлектрической проницаемости использованных материалов, оптическая спектроскопия для измерения спектров линейного и нелинейного отклика, методика измерения времени распада люминесценции (Fluorescence Lifetime Imaging Method), методика определения коэффициента оптического усиления (Variable Stripe Length) и растровая электронная микроскопия для определения структурных параметров.

Для анализа оптических свойств (спектров) наноструктур, поляризационного состояния света и визуализации распределения электромагнитных полей в исследуемой наноструктуре использовалось численное моделирование с помощью программы COMSOL Multiphysics. Расчёт проводился для моделей, описывающих реальную структуру образцов, охарактеризованную с помощью растровой

электронной микроскопии и состоящих из охарактеризованных с помощью спектроскопической эллипсометрии материалов. Обязательным являлось сравнение результатов, когда демонстрировалось не только качественное, но и хорошее количественное соответствие между экспериментальными и расчётными спектрами.

Научная новизна диссертационной работы:

1. Впервые экспериментально изучены поляризационно-угловые спектры плазмонных 2D Аи-Ш: УЮ наноструктур. Показано, что спектральное положение решёточного плазмонного резонанса определяется диполь-дипольным взаимодействием между соседними наночастицами, а характеристики этого взаимодействия зависят от угла падения и поляризации падающего света. Проведено численное моделирование спектров, исследованных наноструктур, демонстрируется хорошее соответствие результатов эксперимента и расчёта.

2. Впервые исследован эффект увеличения магнитоиндуцированного квадратичного нелинейно-оптического отклика 2D Аи-Ш: УЮ наноструктур при возбуждении решёточного плазмонного резонанса. На основании интерферометрии второй гармоники показано, что данный эффект является следствием интерференции магнитной и немагнитной компоненты нелинейной восприимчивости.

3. Впервые экспериментально и теоретически изучены спектры плазмонных магнитооптических 2D наноструктур на основе вложенных решеток. Показано, что резонансные особенности в спектрах таких наноструктур являются следствием диполь-дипольного взаимодействия как рассеивателей, находящихся в первом координационном окружении, так и рассеивателей из второй координационной окружности. Обнаружено, что спектр магнитооптического отклика (величины угла поворота плоскости поляризации и эллиптичности) таких наноструктур определяется фазой полей, локализованных на рассеивателях, которые в зависимости от длины волны возбуждающего излучения могут быть как в фазе, так и в противофазе.

4. Исследованы свойства чувствительных элементов на основе плазмонных Ш решёток для детектирования биомолекулярных реакций. С помощью численного моделирования проведена оптимизация оптического отклика чувствительных элементов с различными структурными параметрами, изготовлены чувствительные элементы, исследован их отклик в экспериментах по обнаружению различных биомолекул. Впервые предложен чувствительный элемент на основе плазмонной магнитооптической Ш наноструктуры и продемонстрировано увеличение чувствительности при детектировании фазового отклика (угла поворота плоскости поляризации).

5. Экспериментально изучены оптические и время-разрешённые свойства люминесцирующих плазмонных 2D наноструктур. Обнаружено, что форма спектра фотолюминесценции и кинетика флуоресценции оптического красителя в таких 2D наноструктурах претерпевают значительные изменения за счёт распределённой обратной связи и обусловлены возбуждением как плазмонных резонансов, так и волноводных мод.

Практическая значимость диссертационной работы

Возможность управления спектральным положением плазмонных резонансов и увеличения магнитооптического отклика с помощью плазмонных магнитооптических структур открывает перспективы для создания устройств, в которых требуется быстрое управление оптическими характеристиками1. Такие характеристики как простота дизайна, миниатюрность и чувствительность к предельно низким изменениям показателя преломления на поверхностности или в объёме позволяют рассматривать исследованные наноструктуры в качестве конкурентных чувствительных элементов оптических сенсоров.

Оптические свойства исследованных люминесцирующих плазмонных наноструктур важны ввиду возможности управления характеристиками фотолюминесценции органических красителей или квантовых точек и создания излучающих (лазирующих) наноструктур для заданного спектрального диапазона. Идея компенсации поглощения, свойственного как плазмонным, так и

1Имеется в виду время релаксации спиновой системы.

магнитооптическим материалам, за счёт люминесцирующих компонент и управления оптическими свойствами с помощью внешнего магнитного поля, то есть создание магнитооптических люминесцирующих наноструктур с распределённой обратной связью является перспективной задачей [20]. Положения, выносимые на защиту:

1. Особенности в спектрах плазмонных магнитооптических 2D наноструктур -решеточные плазмонные резонансы - обусловлены поляризационно-зависимым диполь-дипольным взаимодействием наночастиц. В случае 2D наноструктур на основе квадратной решетки, определяющим является взаимодействие наночастиц, находящихся в первом координационном окружении. Для случая 2D наноструктур на основе вложенных решеток, происходит взаимодействие между наночастицами первого и второго координационного окружений.

2. Величины угла поворота плоскости поляризации и эллиптичности прошедшей волны в плазмонных магнитооптических 2D наноструктурах определяются как ослаблением падающей волны, так и сдвигом фазы между локализованными на рассеивателях полями.

3. Интенсивность генерации второй гармоники резонансно возрастает при возбуждении решеточного плазмонного резонанса в плазмонных магнитооптических 2D наноструктурах. При этом возникающая знакопеременная модуляция нелинейного магнитного контраста приводит к изменению относительной фазы между магнитной и немагнитной компонентами волны второй гармоники.

4. Чувствительный элемент на основе Ш решетки нанополосок обеспечивает высокий уровень чувствительности при специфическом связывании биомолекул. Предложена плазмонная магнитооптическая Ш наноструктура, которая позволяет повысить чувствительность за счет измерения и амплитудного, и фазового отклика.

5. В люминесцирующих плазмонных 2D наноструктурах на основе решетки цилиндрических наночастиц или перфорированной пленки из благородного металла, покрытых люминесцирующим слоем из введенного в полимер органического красителя, взаимодействие между волноводной и плазмонной

модами приводит к существенному изменению структуры спектра люминесценции и уменьшению времени затухания флуоресценции красителя.

Личный вклад автора

Все представленные в диссертации результаты получены автором лично или при его активном участии: проведено усовершенствование экспериментальных установок, изготовлены экспериментальные образцы, измерены все спектры и обработаны экспериментальные результаты, проведен их анализ, в том числе с помощью численного моделирования. Публикации по теме диссертации были подготовлены при определяющем участии автора.

Достоверность и обоснованность полученных результатов определяются следующим:

• использованием современного оборудования (оптическая система NtegraSpectra, Зеленоград; модуль для изучения FLIM, Германия; эллипсометр Woollam, США) для характеризации экспериментальных образцов и изучения их оптических свойств;

• соответствием результатов численных расчетов и экспериментальных данных;

• использованием современного коммерческого пакета для численного моделирования (Comsol Multiphysics).

Апробация диссертационной работы

Результаты работы представлены на международных и всероссийских научных конференциях:

• XVII Всероссийская молодежная конференция по физике полупроводников и наноструктур, полупроводниковой опто- и наноэлектронике (Санкт-Петербург, 2015);

• Международная конференция по ближнепольной микроскопии, нанофотонике и сопутствующим технологиям "ОТО - 14" (Хамамацу, Япония, 2016);

• IX Международная конференция "Фундаментальные проблемы оптики" (Санкт-Петербург, 2016);

• Московская международная конференция по магнетизму MISM 2017 (Москва, 2017);

• Международная конференция по прикладной нанотехнологии и нанонауке "ANNIC 2017" (Рим, Италия, 2017);

• Международная конференция по Метаматериалам и Нанофотонике "METANANO 2018" (Сочи, 2018);

• Международной конференции по спектроскопии выжигания спектральных провалов, спектроскопии одиночных молекул и связанных с ними методов "HBSM 2018" (Суздаль, 2018);

• Международная конференция по Нанофотонике и Микро/нано оптике "Nanop 2018" (Рим, Италия, 2018).

Публикации: Основные результаты диссертации изложены в 14 печатных работах, в том числе в 7 статьях в рецензируемых научных журналах, удовлетворяющих Положению о присуждении учёных степеней в МГУ имени М.В. Ломоносова и 7 публикациях в сборниках трудов и тезисов конференций. Список работ автора приведен в конце диссертации перед списком литературы.

Объём, структура и краткое содержание диссертации:

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка цитируемой литературы. Работа содержит 160 страниц, включает 78 рисунков, 3 таблицы и 126 библиографических ссылок.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, отмечена её научная новизна, сформулированы основные цели и задачи диссертационной работы и изложены основные положения, выносимые на защиту. В первой главе представлен обзор теоретических и экспериментальных работ, посвященных изучению свойств поверхностных плазмон-поляритонов и локализованных плазмонов в наноструктурах. Обсуждаются эффекты, связанные с локальным усилением при возбуждении плазмонных резонансов и способы усиления оптического, нелинейно-оптического и магнитооптического отклика наноструктурированных материалов, изготовленных на основе периодической решетки наночастиц и магнитооптического или люминесцирующего слоя. Во

второй главе представлены результаты экспериментального и теоретического исследования особенностей линейного и нелинейного отклика плазмонных магнитооптических наноструктур на основе 2D решетки золотых наночастиц, внедренных в субмикронный слой висмут-замещенного железоиттриевого граната (ВгУЮ). Третья глава посвящена исследованию свойств чувствительных элементов оптического биосенсора на основе плазмонных Ш наноструктур и анализу свойств чувствительного элемента на основе плазмонной магнитооптической Ш наноструктуры. В четвертой главе приводятся результаты исследования люминесцирующих плазмонных наноструктур, в которых за счет распределенной обратной связи происходит значительное изменение интенсивности люминесценции красителя и времени её распада. В конце диссертации обсуждается задел для будущих исследований, представленные результаты частично опубликованы либо готовятся к публикации.

Глава 1. Оптические и магнитооптические эффекты в плазмонных наносистемах (современное состояние)

1.1 Взаимодействие света с плазмонными наноструктурами

Металлические наноструктуры представляют интерес ввиду наличия в них коллективного колебания свободных электронов (плазмонов), возбуждаемых в результате взаимодействия с электромагнитной волной, и связанных с этим эффектом. Различают два вида таких резонансов: локализованные плазмонные резонансы (ЛПР) и поверхностные плазмонные резонансы (поверхностные плазмон - поляритоны или ППП) [21, 22].

1.1.1. Поверхностные плазмон-поляритоны на границе раздела металл-диэлектрик. Основные способы возбуждения плазмонных резонансов

Известно, что на границе раздела металл-диэлектрик могут распространяться поверхностные волны, называемые поверхностными плазмон-поляритонными волнами (ППП) [21]. Описание ППП возможно на основе рассмотрения системы уравнений Максвелла для двух граничащих сред: металла и диэлектрика, с диэлектрическими проницаемостями Sm и Sd, соответственно (см. Рисунок 1.1a).

Рис. 1.1: а) Иллюстрация ППП волны, распространяющейся вдоль границы металл-диэлектрик; Ь) Дисперсия световой волны, распространяющейся в воздухе (2) и при наклонном падении (угол 00) на границу раздела из воздуха (1), в случае волны в диэлектрике с диэлектрической постоянной еа (3 и 4) и дисперсия для ППП на границе раздела золото-воздух (5) [21].

Рассмотрим отдельно случаи возбуждения ППП волны падающей р- и поляризованной электромагнитной волной.

В случае р-поляризованной волны решение системы уравнений Максвелла на границе раздела двух сред (для диэлектрика с 2>0 и для металла с 2<0, плоскость падения XOZ, как показано схематично на Рис. 1.1) запишется в виде [21]:

Иу (г) = Л, евх е-к,г < Ех(г) = ¡А, евх е-к,г для 2>0, (1.1.1)

Е (г) = - Ай € вх е-^-^-

и

Иу (г) = Аш е'вх е Ех(г) = -Аш е'вх екшГ —1— для 2<0. (1.1.2)

Ег (г) = - Аа евх е

¡Рх акшг в

С учётом условия непрерывности компонент магнитного и электрического поля световой волны на границе раздела двух сред, Иу и еаЕ[а) = £шЕ(2ш), а также при условии Re{£1} < 0ие2 > 0 можно получить дисперсионное соотношение для волны ППП, распространяющейся вдоль границы раздела двух сред:

в = кн1тТТ (113)

где в - волновой вектор ППП, к0 - волновой вектор света в вакууме.

Аналогичное рассмотрение системы уравнений Максвелла для границы раздела двух сред в случае падающей ^-поляризованной волны позволяет получить только тривиальное решение Аш = Аа = 0, т.е. вдоль границы раздела металл - диэлектрик не может распространяться поверхностная волна в случае падающей ^-поляризованной волны (за исключением потока энергии вдоль поверхности в случае аномалии Рэлея).

Таким образом, при падении на границу раздела ^-поляризованной волны вдоль поверхности металл-диэлектрик может распространяться ППП волна. Как показано на Рисунке 1.1а, поле ППП сильно локализовано у границы раздела и экспоненциально спадает по мере удаления от границ раздела вдоль оси г.

Как видно из формулы (1.1.3), волновой вектор объёмной электромагнитной волны в вакууме меньше волнового вектора ППП волны (Рисунок 1.1Ь), поэтому возбуждение ППП световой волной при ее падении на границу раздела с металлом невозможно. Выполнение условия фазового синхронизма между падающей электромагнитной волной и ППП волной, т.е. равенство проекции волнового вектора световой волны на ось х, кх (оси выбраны так же, как на Рисунке 1.1а) и

константы распространения ППП, в (см. формулу 1.1.3) может быть выполнено в следующих случаях:

• В геометрии полного внутреннего отражения с использованием призмы с диэлектрической проницаемостью Sd (см. Рисунок 1.2а, Ь). Как показано на Рисунке 1.1Ь, при полном внутреннем отражении вдоль отражающей свет поверхности распространяется волна (3), которая может возбудить ППП (имеется точка пересечения между кривой (3) и (5) на Рисунке 1.1Ь).

• С помощью дифракционной решётки. При распространении ППП в диэлектрике с диэлектрической проницаемостью Sd на поверхности металлической дифракционной решётки может быть выполнено условие квазисинхронизма, при этом для константы распространения ППП справедливо

следующее выражение: в = — ^^тб ± О, где О - вектор обратной решётки,

О = 2п/В, где В -период дифракционной решётки (Рисунок 1.2с).

Рис. 1.2: Геометрии возбуждения ППП: а) конфигурация Отто, Ь) конфигурация Кречманна и с) возбуждение ППП с помощью дифракционной решётки [6].

В спектрах пропускания металлических дифракционных решёток наблюдаются области с аномально большим коэффициентом пропускания. Различают два вида эффектов (аномалий), возникающих в дифракционных решётках. Первый эффект, который называется аномалией Рэлея, заключается в том, что один из порядков дифракции распространяется вдоль поверхности решётки [24]. Спектральное положение аномалии Рэлея (длина волны Рэлея) определяется следующим выражением:

где Б - период решётки, в0- угол падения, ш - целое число, еа -диэлектрическая проницаемость среды (диэлектрика), в которой находится дифракционная решётка. Наличие аномалии Рэлея наблюдается как для s-, так и для ^-поляризованного излучения. Стоит отметить, что для ^-поляризованного излучения данный эффект проявляется в спектрах в виде пика пропускания с относительно низкой добротностью и для его наблюдения необходимо увеличить высоту выступов дифракционной решётки [25, 26].

Второй эффект, который называется аномалией Вуда, заключается в том, что для ^-поляризованной волны, падающей на металлическую дифракционную решётку с диэлектрической проницаемостью еш, в оптических спектрах наблюдаются максимумы и минимумы на длинах волн, больших длин волн Рэлея. Наблюдаемый эффект У. Фано связал с возбуждением ППП за счёт дифракционной решётки, при этом для длины волны ППП справедливо следующее выражение [26]:

Ля ±1- 8Ш(00))/ш

(1.1.4),

- Зт(#0))/ ш

(1.1.5)

1.1.2. Локализованные плазмонные резонансы в упорядоченной и неупорядоченной системе из наночастиц

При падении электромагнитной волны на частицу, размеры которой меньше, чем длина электромагнитной волны, происходит смещение свободных электронов относительно ионов кристаллической решётки. В результате этого поверхностные заряды разных знаков на противоположных концах наночастицы создают электрическое поле, величина которого пропорциональна смещению электронов относительно ионной решётки. Такую наночастицу можно рассматривать как осциллятор (Рисунок 1.3), собственная частота которого называется частотой локализованного плазмонного резонанса (ЛПР) [6,23]. Резонансное возбуждение ЛПР приводит к значительному росту напряжённости локального поля Eioc в окрестности наночастицы по сравнению с напряжённостью поля накачки Eine.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Шайманов Алексей Николаевич, 2020 год

Цитированная литература:

1. Kretschmann E., Raether H. Radiative decay of non-radiative surface plasmons excited by light // Zeitschrift für Naturforschung A. - 1968. - Т. 23. - С. 21352136.

2. Lee K.L, Huang J.B., Chang J.W., Wu S.H., Wei P.K. Ultrasensitive biosensors using enhanced Fano resonances in capped gold nanoslit arrays // Scientific reports. - 2015. - Т. 5. - С. 8547.

3. Shen Y., Zhou J., Liu T., Tao Y., Jiang R., Liu M., Xiao G., Zhu J., Zhou Zh, Wang X., Jin Ch, Wang J. Plasmonic gold mushroom arrays with refractive index sensing figures of merit approaching the theoretical limit //Nature Commun. - 2013. - Т. 4. - С. 1-9.

4. Hassani A., Skorobogatiy M. Design of the microstructured optical fiber-based surface plasmon resonance sensors with enhanced microfluidics // Optics Express. - 2006. - Т.14. - С. 11616.

5. Pan M., Lee K., Lo S., Lo Sh, Wei P. Resonant position tracking method for smartphone-based surface plasmon sensor //Analytica Chimica Acta. - 2018. - Т.1032. -С. 99-106.

6. Климов В. В. Наноплазмоника. - Физматлит, 2010.

7. Lamprecht B., Schider G., Lechner R.T., Ditlbacher H., Krenn J.R., Leitner A., Aussenegg F.R., Metal nanoparticle gratings: influence of dipolar particle interaction on the plasmon resonance // Phys. Rev. Lett - 2000. - Т. 84. - С. 4721-4724.

8. Inoue M., Levy M., Baryshev A.V. Magnetophotonics: From Theory to Applications. - Springer. - 2013.

9. Belotelov V.I., Akimov I.A., Pohl M., Kotov V.A., Kasture S., Vengurlerar A.S., Venu G.A., Yakovlev D.R., Zvezdin A.K., Bayer M. Enhanced magneto-optical effects in magnetoplasmonic crystals // Nat. Nanotechnology. - 2011. -Т. 6. - С. 370.

10. Chetvertukhin A.V., Grunin A.A., Baryshev A.V., Dolgova T.V., Uchida H., Inoue M., Fedyanin A.A. Magneto-optical Kerr effect enhancement at the Wood's anomaly in magnetoplasmonic crystals // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 2012. - Т.324. - С. 3516.

11. Baryshev A., Merzlikin A. Tunable plasmonic thin magneto-optical wave plate // J. Opt. Soc. Am. B. - 2016. - Т. 33. - С. 1399-1405.

12. Suárez I., Ferrando A., Marques-Hueso J., Díez A., Abargues R., Rodríguez - Cantó P., Martínez-Pastor J. Propagation length enhancement of surface plasmon polaritons in gold nano-/microwaveguides by the interference with photonic modes in the surrounding active dielectrics // Nanophotonics. - 2017. -. Т.6. - С. 1109.

13. Tanaka K., Plum E., Ou J. Y., Uchino T., Zheludev N. I. Multifold Enhancement of Quantum Dot Luminescence in Plasmonic Metamaterials // Phys. Rev. Lett. - 2010. - Т. 105. - С. 227403.

14. Meinzer N., Ruther M., Linden S., Soukoulis C., Khitrova G., Hendrickson J., Olitzky J. D., Gibbs H. M., Wegener M. Arrays of Ag split-ring resonators coupled to InGaAs single-quantum-well gain // Opt. Express. - 2010. - Т. 18. - С. 24140.

15. Поддубный А. Н. Распространение, локализация и излучение света в наноструктурах и метаматериалах: дис. док. физ.-мат. наук. - Санкт-Петербург., 2010.

16. Bergman D.J., Stockman M.I. Surface Plasmon Amplification by Stimulated Emission of Radiation: Quantum Generation of Coherent Surface Plasmons in Nanosystems // Physical Review Letters. - 2003. - Т. 90. - С. 027402-1.

17. Zhou W., Dridi M., Suh J.Y., Kim C.H., Co D.T., Wasielewski M.R., Schatz G. C., Odom T.W. Lasing action in strongly coupled plasmonic nanocavity arrays // Nat Nano. - 2013. - T. 8. - № 7. - C. 506-511.

18. Hakala T.K., Rekola H.T., Vakevainen A.I., Martikainen J.P., Necada M., Moilanen A.J., Torma P. Lasing in dark and bright modes of a finite-sized plasmonic lattice // Nature Commun. - 2017. -T. 8. - C. 1-7.

19. Melentiev P., Kalmykov A., Gritchenko A., Afanasiev A., Balykin V., Baburin A. S., Dorofeenko, A. V. Plasmonic nanolaser for intracavity spectroscopy and sensorics //Applied Physics Letters. - 2017. - T. 111. - №. 21. - C. 213104.

20. Khartsev S.I., Grishin A.M. High performance latching-type luminescent magneto-optical photonic crystals // Optics Letters. - 2011. - T.36. - C. 2806.

21. Raether H. Surface plasmons on smooth surfaces //Surface plasmons on smooth and rough surfaces and on gratings. - Springer, Berlin, Heidelberg, 1988. - C. 439.

22. Kik P. G., Brongersma M. L. Surface plasmon nanophotonics //Surface Plasmon Nanophotonics. - Springer, Dordrecht, 2007. - C. 1-9.

23. Maier S. A. Plasmonics: fundamentals and applications. - Springer Science & Business Media, 2007.

24. Rayleigh L. III. Note on the remarkable case of diffraction spectra described by Prof. Wood //The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science. - 1907. - T. 14. - №. 79. - C. 60-65.

25. Wood R. W. XXVII. Diffraction gratings with controlled groove form and abnormal distribution of intensity //The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science. - 1912. - T. 23. - №. 134. - C. 310-317.

26. Palmer C. H. Parallel diffraction grating anomalies //JOSA. - 1952. - T. 42. - №. 4. - C. 269-276.

27. Fano U. The theory of anomalous diffraction gratings and of quasi-stationary waves on metallic surfaces (Sommerfeld's waves) //JOSA. - 1941. - T. 31. - №. 3. - C. 213-222.

28. Willets K. A., Van Duyne R. P. Localized surface plasmon resonance spectroscopy and sensing //Annu. Rev. Phys. Chem. - 2007. - T. 58. - C. 267-297.

29. Mie G. Beiträge zur Optik trüber Medien, speziell kolloidaler Metallösungen // Annalen der physik. - 1908. - T. 330. - №. 3. - C. 377-445.

30. Kreibig U., Vollmer M. Optical properties of metal clusters. - Springer Science & Business Media, 2013. - T. 25.

31. Nehl C. L., Hafner J. H. Shape-dependent plasmon resonances of gold nanoparticles //Journal of Materials Chemistry. - 2008. - T. 18. - №. 21. - C. 2415-2419.

32. Gerardy J. M., Ausloos M. Absorption spectrum of clusters of spheres from the general solution of Maxwell's equations. IV. Proximity, bulk, surface, and shadow effects (in binary clusters) //Physical Review B. - 1983. - T. 27. - №. 10. - C. 6446.

33. Nordlander P., Oubre C., Prodan E., Li K., Stockman M. I. Plasmon hybridization in nanoparticle dimers //Nano letters. - 2004. - T. 4. - №. 5. - C. 899-903.

34. Yang S. C., Kobori H., He C. L., Lin M. H., Chen H. Y., Li C., Gwo S. Plasmon hybridization in individual gold nanocrystal dimers: direct observation of bright and dark modes //Nano letters. - 2010. - T. 10. - №. 2. - C. 632-637.

35. Landauer R. Electrical conductivity in inhomogeneous media //AIP Conference Proceedings. - AIP, 1978. - T. 40. - №. 1. - C. 2-45.

36. Choy T. C. Effective medium theory: principles and applications. - Oxford University Press, 2015. - T. 165.

37. Lamprecht B., Schider G., Lechner R. T., Ditlbacher H., Krenn J. R., Leitner A., Aussenegg F. R. Metal nanoparticle gratings: influence of dipolar particle interaction on the plasmon resonance //Physical review letters. - 2000. - T. 84. - №. 20. - C. 4721.

38. Jain P. K., El-Sayed M. A. Plasmonic coupling in noble metal nanostructures //Chemical Physics Letters. - 2010. - T. 487. - №. 4-6. - C. 153-164.

39. Jensen T. R., Duval M. L., Kelly K. L., Lazarides A. A., Schatz G. C., Van Duyne R. P. Nanosphere lithography: effect of the external dielectric medium on the surface plasmon resonance spectrum of a periodic array of silver nanoparticles //The Journal of Physical Chemistry B. - 1999. - T. 103. - №. 45. - C. 9846-9853.

40. Zhao L. L., Kelly K. L., Schatz G. C. The extinction spectra of silver nanoparticle arrays: influence of array structure on plasmon resonance wavelength and width //The Journal of Physical Chemistry B. - 2003. - T. 107. - №. 30. - C. 7343-7350.

41. Vakevainen A. I., Moerland R. J., Rekola H. T., Eskelinen A. P., Martikainen J. P., Kim D. H., Torma, P. Plasmonic surface lattice resonances at the strong coupling regime //Nano letters. - 2013. - T. 14. - №. 4. - C. 1721-1727.

42. Zou S., Janel N., Schatz G. C. Silver nanoparticle array structures that produce remarkably narrow plasmon lineshapes //The Journal of chemical physics. -2004. - T. 120. - №. 23. - C. 10871-10875.

43. Chu Y., Schonbrun E., Yang T., Crozier K. B. Experimental observation of narrow surface plasmon resonances in gold nanoparticle arrays //Applied Physics Letters.

- 2008. - T. 93. - №. 18. - C. 181108.

44. Rodriguez S. R. K., Abass A., Maes B., Janssen O. T., Vecchi G., Rivas J. G. Coupling bright and dark plasmonic lattice resonances //Physical Review X. - 2011.

- T. 1. - №. 2. - C. 021019.

45. Halas N. J., Lal S., Chang W. S., Link S., Nordlander P., Plasmons in strongly coupled metallic nanostructures //Chemical reviews. - 2011. - T. 111. - №. 6. -C. 3913-3961.

46. Solis Jr D., Willingham B., Nauert S. L., Slaughter L. S., Olson J., Swanglap P., Link S., Electromagnetic energy transport in nanoparticle chains via dark plasmon modes //Nano letters. - 2012. - T. 12. - №. 3. - C. 1349-1353.

47. Kogelnik H. 2. Theory of dielectric waveguides //Integrated optics. -Springer, Berlin, Heidelberg, 1975. - C. 13-81.

48. Kazarinov R., Henry C. Second-order distributed feedback lasers with mode selection provided by first-order radiation losses //IEEE Journal of Quantum Electronics.

- 1985. - T. 21. - №. 2. - C. 144-150.

49. Rosenblatt D., Sharon A., Friesem A. A. Resonant grating waveguide structures //IEEE Journal of Quantum electronics. - 1997. - T. 33. - №. 11. - C. 20382059.

50. Vincent P., Neviere M. Corrugated dielectric waveguides: A numerical study of the second-order stop bands //Applied physics. - 1979. - Т. 20. - №. 4. - С. 345-351.

51. Van Exter M. P., Tenner V. T., van Beijnum F., de Dood M. J. A., van Veldhoven P. J., Geluk E. J. Surface plasmon dispersion in metal hole array lasers //Optics express. - 2013. - Т. 21. - №. 22. - С. 27422-27437.

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

1988.

53. Baryshev A. V., Uchida H., Inoue M. Peculiarities of plasmon-modified magneto-optical response of gold-garnet structures //JOSA B. - 2013. - Т. 30. - №. 9. -С. 2371-2376.

54. Wittekoek S., Popma T. J., Robertson J. M., Bongers P. F. Magneto-optic spectra and the dielectric tensor elements of bismuth-substituted iron garnets at photon energies between 2.2-5.2 eV //Physical review B. - 1975. - Т. 12. - №. 7. - С. 2777.

55. Inoue M., Arai K. I., Fujii T., Abe M. Magneto-optical properties of one-dimensional photonic crystals composed of magnetic and dielectric layers //Journal of applied physics. - 1998. - Т. 83. - №. 11. - С. 6768-6770.

56. Merzlikin A. M., Inoue M., Vinogradov A. P., Dorofeenko A. V., Granovsky A. B., Lisyansky A. A., Tamm State at One One-Dimensional Photonic Crystals //Journal of the Magnetics Society of Japan. - 2006. - Т. 30. - №. 6_2. - С. 616-619.

57. Inoue M., Levy M., Baryshev A. V. (ed.). Magnetophotonics: From theory to applications. - Springer Science & Business Media, 2013.

58. Барышев А.В. Магнитооптические эффекты в магнитных и плазмонных наноструктурах: дис. док. физ.-мат. наук. - Санкт-Петербург., 2016.

59. Chekhov A. L., Krutyanskiy V. L., Shaimanov A. N., Stognij A. I., Murzina T. V. Wide tunability of magnetoplasmonic crystals due to excitation of multiple waveguide and plasmon modes //Optics express. - 2014. - Т. 22. - №. 15. - С. 1776217768.

60. Maccaferri N., Bergamini L., Pancaldi M., Schmidt M. K., Kataja M., Dijken S. V., Vavassori P. Anisotropic nanoantenna-based magnetoplasmonic crystals for

highly enhanced and tunable magneto-optical activity //Nano letters. - 2016. - T. 16. -№. 4. - C. 2533-2542.

61. Bonanni V.Designer magnetoplasmonics with nickel nanoferromagnets //Nano letters. - 2011. - T. 11. - №. 12. - C. 5333-5338.

62. Armelles G., Cebollada A., García-Martín A., González M. U., Magnetoplasmonics: combining magnetic and plasmonic functionalities //Advanced Optical Materials. - 2013. - T. 1. - №. 1. - C. 10-35.

63. Grunin, A. A., Zhdanov, A. G., Ezhov, A. A., Ganshina, E. A., Fedyanin A. A.Surface-plasmon-induced enhancement of magneto-optical Kerr effect in all-nickel subwavelength nanogratings //Applied Physics Letters. - 2010. - T. 97. - №. 26. - C. 261908.

64. Kataja M., Pourjamal S., Maccaferri N., Vavassori P., Hakala T. K., Huttunen M. J., Van Dijken S., Hybrid plasmonic lattices with tunable magneto-optical activity //Optics express. - 2016. - T. 24. - №. 4. - C. 3652-3662.

65. S. Tomita, T. Kato, S. Tsunashima, S. Iwata, M. Fujii, S. Hayashi, Magneto-optical Kerr effects of yttrium-iron garnet thin films incorporating gold nanoparticles // Phys. Rev. Lett. - 2006. - T. 96. - C. 167402.

66. R. Fujikawa, A.V. Baryshev, J. Kim, H. Uchida, M. Inoue, Contribution of the surface plasmon resonance to optical and magneto-optical properties of a Bi:YIG-Au nanostructure// J. Appl. Phys. - 2008. - T. 103. - C. 07D301/3.

67. Belotelov V. I., Akimov I. A., Pohl M., Kotov V. A., Kasture, S., Vengurlekar A. S., Bayer M., Enhanced magneto-optical effects in magnetoplasmonic crystals //Nature Nanotechnology. - 2011. - T. 6. - №. 6. - C. 370.

68. Belotelov V. I., Akimov I. A., Pohl M., Kalish A. N., Kasture S., Vengurlekar A. S., Bayer, M., Intensity magnetooptical effect in magnetoplasmonic crystals //Journal of Physics: Conference Series. - IOP Publishing, 2011. - T. 303. - №. 1. - C. 012038.

69. Shen Y. R. The principles of nonlinear optics //New York, Wiley-Interscience, 1984, 575 p. - 1984.

70. Corn R. M., Higgins D. A. Optical second harmonic generation as a probe of surface chemistry // Chemical reviews. - 1994. - T. 94. - №. 1. - C. 107-125.

71. Bykov A. Y., Murzina T. V., Olivier N., Wurtz G. A., Zayats, A. V. Coherent lattice dynamics in topological insulator Bi 2 Te 3 probed with time-resolved optical second-harmonic generation //Physical Review B. - 2015. - T. 92. - №. 6. - C. 064305.

72. Pan R. P., Wei H. D., Shen Y. R. Optical second-harmonic generation from magnetized surfaces //Physical Review B. - 1989. - T. 39. - №. 2. - C. 1229.

73. Chang R. K., Ducuing J., Bloembergen N. Relative phase measurement between fundamental and second-harmonic light //Physical Review Letters. - 1965. - T. 15. - №. 1. - C. 6.

74. Kemnitz K., Bhattacharyya K., Hicks J. M., Pinto G. R., Eisenthal B., Heinz T. F., The phase of second-harmonic light generated at an interface and its relation to absolute molecular orientation //Chemical Physics Letters. - 1986. - T. 131. - №. 4-5. -C. 285-290.

75. Murzina T.V., Kolmychek I. A., Nikulin A. A., Gan'Shina E. A., Aktsipetrov O. A., Plasmonic and magnetic effects accompanying optical second-harmonic generation in Au/Co/Au nanodisks //Jetp Letters. - 2009. - T. 90. - №. 7. - C. 504-508.

76. Boyd G. T., Rasing T., Leite J. R. R., Shen Y. R. Local-field enhancement on rough surfaces of metals, semimetals, and semiconductors with the use of optical second-harmonic generation //Physical Review B. - 1984. - T. 30. - №. 2. - C. 519.

77. Michaeli L., Keren-Zur S., Avayu O., Suchowski H., Ellenbogen T. Nonlinear surface lattice resonance in plasmonic nanoparticle arrays //Physical review letters. - 2017. - T. 118. - №. 24. - C. 243904.

78. Czaplicki R., Kiviniemi A., Laukkanen J., Lehtolahti J., Kuittinen M., Kauranen M. Surface lattice resonances in second-harmonic generation from metasurfaces //Optics letters. - 2016. - T. 41. - №. 12. - C. 2684-2687.

79. Krutyanskiy V. L., Kolmychek I. A., Gan'shina E. A., Murzina T. V., Evans P., Pollard R., Zayats A. V. Plasmonic enhancement of nonlinear magneto-optical response in nickel nanorod metamaterials //Physical Review B. - 2013. - T. 87. - №. 3. - C. 035116.

80. Krutyanskiy V. L., Chekhov A. L., Ketsko V. A., Stognij A. I., Murzina T. V.Giant nonlinear magneto-optical response of magnetoplasmonic crystals //Physical Review B. - 2015. - Т. 91. - №. 12. - С. 121411.

81. Liedberg B., Nylander C., Lunstrom I. Surface plasmon resonance for gas detection and biosensing //Sensors and actuators. - 1983. - Т. 4. - С. 299-304.

82. Niu Y., Matos A. I., Abrantes L. M., Viana A. S., Jin G. Antibody oriented immobilization on gold using the reaction between carbon disulfide and amine groups and its application in immunosensing //Langmuir. - 2012. - Т. 28. - №. 51. - С. 1771817725.

83. Healthcare G. E. Biacore sensor surface handbook // Sweeden, ab edition. -

2008.

84. Homola J. Surface plasmon resonance sensors for detection of chemical and biological species //Chemical reviews. - 2008. - Т. 108. - №. 2. - С. 462-493.

85. Lee K. L., Wei P. K. Enhancing surface plasmon detection using ultrasmall nanoslits and a multispectral integration method //Small. - 2010. - Т. 6. - №. 17. - С. 1900-1907.

86. Lee K. L., Huang J. B., Chang J. W., Wu S. H., Wei P. K. Ultrasensitive biosensors using enhanced Fano resonances in capped gold nanoslit arrays //Scientific reports. - 2015. - Т. 5. - С. 8547.

87. Tamm I. A possible kind of electron binding on crystal surfaces // Phys.Z. Sowjet Union - 1932. - Т. 1 - С.733.

88. Kossel D. Analogies between thin-film optics and electron-band theory of solids // Journal of the Optical Society of America. - Circulation Fulfillment Div, 500 Sunnyside Boulevard Woodbury, NY 11797-2999: Amer. Inst Physics, 1966. - Т. 56. -№. 10. - С. 1434.

89. Yeh P., Yariv A., Hong C. S. Electromagnetic propagation in periodic stratified media. I. General theory //JOSA. - 1977. - Т. 67. - №. 4. - С. 423-438.

90. Yeh P., Yariv A., Cho A. Y. Optical surface waves in periodic layered media //Applied Physics Letters. - 1978. - Т. 32. - №. 2. - С. 104-105.

91. Robertson W. M., May M. S. Surface electromagnetic wave excitation on one-dimensional photonic band-gap arrays //Applied physics letters. - 1999. - Т. 74. -№. 13. - С. 1800-1802.

92. Konopsky V. N., Alieva E. V. Photonic crystal surface waves for optical biosensors //Analytical chemistry. - 2007. - Т. 79. - №. 12. - С. 4729-4735.

93. Shinn M., Robertson W. M. Surface plasmon-like sensor based on surface electromagnetic waves in a photonic band-gap material //Sensors and Actuators B: Chemical. - 2005. - Т. 105. - №. 2. - С. 360-364.

94. Afinogenov B. I., Bessonov V. O., Soboleva I. V., Fedyanin A. A. Ultrafast All-Optical Light Control with Tamm Plasmons in Photonic Nanostructures //ACS Photonics. - 2019. - Т. 6. - №. 4. - С. 844-850.

95. Baryshev A., Merzlikin A. Plasmonic photonic-crystal slabs: visualization of the Bloch surface wave resonance for an ultrasensitive, robust and reusable optical biosensor // Crystals. - 2014. - Т. 4. - №. 4. - С. 498-508.

96. Ignatyeva D. O., Knyazev G. A., Kapralov P. O., Dietler G., Sekatskii S. K., Belotelov V. I. Magneto-optical plasmonic heterostructure with ultranarrow resonance for sensing applications //Scientific reports. - 2016. - Т. 6. - С. 28077.

97. Merzlikin A. M., Kuznetsov E. V., Baryshev A. V. Magneto-Optical Device Based on Polarization Sensitivity for Perspective Biosensing Applications //IEEE Sensors Journal. - 2018. - Т. 18. - №. 14. - С. 5732-5738.

98. Guo K., Koenderink A. F. Spatial Intensity Distribution in Plasmonic Particle Array Lasers //Physical Review Applied. - 2019. - Т. 11. - №. 2. - С. 024025.

99. Shaklee K. L., Nahory R. E., Leheny R. F. Optical gain in semiconductors // Journal of Luminescence. - 1973. - Т. 7. - С. 284-309.

100. Звелто О. Принципы лазеров. - Лань, 2008.

101. Valenta J., Luterova K., Tomasiunas R., Dohnalova K., Honerlage B., Pelant, I. Optical gain measurements with variable stripe length technique //Towards the First Silicon Laser. - Springer, Dordrecht, 2003. - С. 223-242.

102. Czeslik C. B. Valeur: Molecular Fluorescence-Principles and Applications. Wiley-VCH, Wein //Z. Phys. Chem. - 2002. - Т. 216. - С. 1137-1140.

103. Purcell E. M., Torrey H. C., Pound R. V. Resonance absorption by nuclear magnetic moments in a solid //Physical review. - 1946. - Т. 69. - №. 1-2. - С. 37.

104. Morozov K.M., Ivanov K.A., de Sa Pereira D., Menelaou C., Monkman A.P., Pozina G., Kaliteevski M.A. Revising of the Purcell effect in periodic metal-dielectric structures: the role of absorption // Scientific Reports. - 2019. - Т. 9. - №. 1 - C. 9604.

105. Plotz G. A., Simon H. J., Tucciarone J. M. Enhanced total reflection with surface plasmons //JOSA. - 1979. - Т. 69. - №. 3. - С. 419-422.

106. Li Z. Y., Xia Y. Metal nanoparticles with gain toward single-molecule detection by surface-enhanced Raman scattering //Nano letters. - 2009. - Т. 10. - №. 1. - С. 243-249.

107. Noginov M. A., Zhu G., Belgrave A. M., Bakker R., Shalaev V. M., Narimanov E. E., Wiesner U. (2009). Demonsticration of a spaser-based nanolaser //Nature. - 2009. - Т. 460. - №. 7259. - С. 1110.

108. Stockman M. I. The spaser as a nanoscale quantum generator and ultrafast amplifier //Journal of Optics. - 2010. - Т. 12. - №. 2. - С. 024004.

109. Lakowicz J. R. et al. Plasmon-controlled fluorescence: a new paradigm in fluorescence spectroscopy //Analyst. - 2008. - Т. 133. - №. 10. - С. 1308-1346.

110. Балыкин В. И. Плазмонный нанолазер: современное состояние и перспективы //Успехи физических наук. - 2018. - Т. 188. - №. 9. - С. 935-963.

111. Zheludev N. I., Prosvirnin S. L., Papasimakis N., Fedotov V. A.Lasing spaser //Nature Photonics. - 2008. - Т. 2. - №. 6. - С. 351.

112. Schokker A. H., Koenderink A. F. Statistics of randomized plasmonic lattice lasers //Acs Photonics. - 2015. - Т. 2. - №. 9. - С. 1289-1297.

113. Grishin A. M., Khartsev S. I. Luminescent Magneto-Optical Photonic Crystals //Journal of Physics: Conference Series. - IOP Publishing, 2012. - Т. 352. - №. 1. - С. 012007.

114. Bergman D. J. The dielectric constant of a composite material—a problem in classical physics //Physics Reports. - 1978. - Т. 43. - №. 9. - С. 377-407.

115. Milton G. W. Bounds on the complex permittivity of a two-component composite material //Journal of Applied Physics. - 1981. - Т. 52. - №. 8. - С. 5286-5293.

116. Виноградов А. П., Дорофеенко А. В., Зухди С. К вопросу об эффективных параметрах метаматериалов //Успехи физических наук. - 2008. - Т. 178. - №. 5. - С. 511-518.

117. Oulton R. F., Sorger V. J., Zentgraf T., Ma R. M., Gladden C., Dai, L., Zhang, X. Plasmon lasers at deep subwavelength scale //Nature. - 2009. - Т. 461. - №. 7264. - С. 629.

118. Flynn R. A., Kim C. S., Vurgaftman I., Kim, M., Meyer J. R., Mäkinen A. J., Long J. P. A room-temperature semiconductor spaser operating near 1.5 ^m //Optics express. - 2011. - Т. 19. - №. 9. - С. 8954-8961.

119. Nauck M., Warnick G. R., Rifai N. Methods for measurement of LDL-cholesterol: a critical assessment of direct measurement by homogeneous assays versus calculation //Clinical chemistry. - 2002. - Т. 48. - №. 2. - С. 236-254.

120. Choi S. Y., Park H. E., Kim M. K., Shin C. S., Cho S. H., Oh B. H. , Difference between calculated and direct-measured low-density lipoprotein cholesterol in subjects with diabetes mellitus or taking lipid-lowering medications //Journal of clinical lipidology. - 2012. - Т. 6. - №. 2. - С. 114-120.

121. Chu K. Y., Thompson A. R. Densities and Refractive Indices of Alcohol-Water Solutions of n-Propyl, Isopropyl, and Methyl Alcohols //Journal of chemical and engineering data. - 1962. - Т. 7. - №. 3. - С. 358-360.

122. S. Zouhdi, A. V. Dorofeenko, A. M. Merzlikin, and A. P. Vinogradov, Theory of zero-width band gap effect in photonic crystals made of metamaterials //Physical Review B. - 2007. - T. 75. C. 035125.

123. Urbach H. P., Rikken G. Spontaneous emission from a dielectric slab //Physical Review A. - 1998. - Т. 57. - №. 5. - С. 3913.

124. Nishida M., Hatakenaka N., Kadoya Y. Multipole surface plasmons in metallic nanohole arrays // Phys. Rev. B. - 2015. - T. 91 - С. 235406-1.

125. Liu T., Huang L., Hong W., Ling Y., Luan J., Sun Y. , and Sun W., Coupling-based Huygens' meta-atom utilizing bilayer complementary plasmonic structure for light manipulation //Opt. Expr.- 2017 - T. 25. - C.16332.

126. Kahl M., Thomay T., Kohnle V., Beha K., Merlein J., Hagner M., Woggon U. Colloidal quantum dots in all-dielectric high-Q pillar microcavities //Nano letters. -2007. - T. 7. - №. 9. - C. 2897-2900.