Введение к работе
Актуальность темы. Диссертация посвящена актуальной проблеме изучения оптических наноструктурных объектов. Можно привести большое число примеров такого рода объектов - димеры атомов, молекул, цепочки на поверхности твердых тел, решетки, переходный слой на поверхности непо-глощающих диэлектриков, сверхтонкие пленки, коллоиды и т.д.
Оптика наноструктурных объектов в значительной степени зависит от оптических свойств двухатомных объектов, состоящих из одинаковых или различных атомов. Систематическому изучению такого рода объектов и посвящена данная диссертация.
Мы впервые обнаружили в таких объектах теоретически оптические размерные резонансы, частоты которых существенно отличаются от частот перехода в спектре взаимодействующих атомов. С нашей точки зрения именно такие размерные резонансы обнаружены экспериментально при анизотропном отражении света от поверхности GaAs, реконструированной мышьяком.
В диссертации рассмотрены разновидности оптических размерных ре-зонансов при различных условиях облучения и сопоставлены полученные результаты с экспериментом. С нашей точки зрения, оптические размерные резонансы должны проявляться в различных наноструктурных объектах, состоящих из небольшого числа атомов или молекул. Эти резонансы играют важную роль в оптической ближнепольной микроскопии. В диссертации рассмотрен конкретный случай оптического ближнепольного микроскопа с учетом оптических размерных резонансов.
Целью работы является теоретическое исследование эффекта оптических размерных резонансов при различных условиях облучения, а также объяснение экспериментальных данных по анизотропному отражению света от поверхности GaAs , реконструированной атомами мышьяка и предложе-
ниє по использованию данного эффекта для варианта ближнепольного микроскопа на основе усиленного комбинационного рассеяния света.
Теоретический подход, примененный в диссертации для описания свойств двухатомных наноструктурных объектов основан на применении самосогласованной системы уравнений для атомных и полевых переменных. При этом рассчитываются поля внутри и вне объектов в ближней и волновой зонах. Здесь не используется метод теории возмущений. Макроскопические уравнения Максвелла не могут быть использованы для правильного описания вышеперечисленных объектов, поэтому введение нелокальных микроскопических уравнений электродинамики позволяет решать принципиально новые задачи, в которых необходимо учитывать внутренние свойства наноструктурных объектов.
Научная новизна. Совокупность полученных в ходе работы результатов заключает в себе решение следующих научных проблем:
Проведен анализ теории оптических линейных размерных резонансов в двухатомных наноструктурных объектах, состоящих из двух одинаковых или различных атомов, с учетом и без учета подстилающей диэлектрической среды.
Получено условие применимости теории линейных оптических размерных резонансов, а также рассмотрен случай нелинейных оптических размерных резонансов.
Получено решение задачи экспериментального обнаружения размерных резонансов на чистой поверхности GaAs, восстановленной атомами мышьяка.
рассмотрен случай селективного возбуждения одного из атомов двухатомного наноструктурного объекта. Показано, что в этом случае наблюдается эффект размерных резонансов, а так же рассмотрен процесс когерентной передачи энергии от одного атома к другому в зависимости от интенсивности падающего излучения.
предложен вариант оптического ближнепольного микроскопа на основе усиленного комбинационного рассеяния света.
Практическая значимость. Содержащиеся в работе теоретические положения могут служить основанием для разработки новых методов исследования наноструктурных объектов на поверхности твердых тел, а так же методов неразрушающего контроля и микроскопического исследования биологических малых объектов.
Положения, выносимые на защиту.
1. Путем решения самосогласованной системы уравнений для двухатомного наноструктурного объекта доказано существование линейных стационарных оптических размерных резонансов. Рассмотрены их основные свойства.
Для линейных стационарных оптических размерных резонансов показана возможность образования интерференционных картин в волновой зоне на частотах, соответствующих оптическим размерным резонансам. Найдены границы применимости теории линейных оптических размерных резонансов.
Доказано, что линейные стационарные оптические размерные резо-нансы обнаружены экспериментально в димерах мышьяка на чистой поверхности GaAs, восстановленной мышьяком.
Доказана возможность когерентной передачи энергии между атомами наноструктурного объекта при селективном возбуждении одного из них полем внешнего оптического излучения.
Дано теоретическое обоснование метода оптической ближнегольной микроскопии на основе усиленного комбинационного рассеяния света.
Апробация и внедрение результатов исследования
По материалам диссертации был представлен доклад на конференции «Когерентная оптика и оптическая спектроскопия» - VIII Международная молодежная научная школа. (Казань, 2004). Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научных семинарах в Ульяновском государственном университете на физико-техническом факультете.
Публикации. Результаты исследований опубликованы в 6 печатных работах.
Структура и объем диссертации.
Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав и заключения. Материал изложен на 100 страницах, содержит 17 рисунков и библиографический список из 94 наименований.
