2014: Обнаружен и исследован эффект кругового дихроизма излучения оптической второй гармоники в планарных хиральных метаматериалах

Ученые физического факультета МГУ (кафедры квантовой электроники и общей физики) совместно с коллегами из католического университета г. Левен, Бельгия, обнаружили и изучили эффект циркулярного дихроизма оптической второй гармоники в плоских хиральных наноструктурах. Экспериментально показано, что эффективность генерации второй гармоники различна при возбуждении структуры право- и лево-циркулярно-поляризованной волной накачки.

Планарные хиральные метаматериалы являются перспективными объектами с точки зрения возможности управления параметрами взаимодействующего с ними электромагнитного излучения. Группой ученых физического факультета МГУ, кафедры квантовой электроники и общей физики, обнаружен и изучен эффект циркулярного дихроизма (ЦД) оптической второй гармоники в плоских хиральных наноструктурах, образованных элементами в форме плоской спирали (буквы «G»). Экспериментально показано, что эффективность генерации второй гармоники различна при возбуждении структуры право- и лево- циркулярно-поляризованной волной накачки.

Исследованные метаматериалы образованы наноструктурами с характерным латеральным размером 1 мкм и расположены в квадратной решетке таким образом, что она имеет осевую симметрию 4 порядка. Особенности генерации второй гармоники были изучены для структур, являющихся зеркальными отражениями друг друга (то есть энантиомерами). Образцы были изготовлены в католическом университете г. Левен, Бельгия.

Обнаружено, что эффект циркулярного дихроизма оптической второй гармоники имеет выраженную азимутальную зависимость, модуляция его величины для разных азимутальных положений образца может достигать 70% и сопровождается сменой знака эффекта. Среднее значение ЦД, полученное усреднением по всем азимутальным положениям структуры, достигает 10%. Следует отметить, что для двух исследованных энантиомеров знак эффекта ЦД противоположен при любом азимутальном положении образца.

Экспериментально показано, что средняя величина ЦД уменьшается с ростом угла падения излучения накачки на структуру, а при определенном угле изменяет знак. Предложена феноменологическая модель обнаруженного эффекта, основанная на анализе симметрии тензора квадратичной восприимчивости хиральной изотропной структуры.

Результаты исследований опубликованы в работе E. A. Mamonov, I. A. Kolmychek, S. Vandendriessche, M. Hojeij, Y. Ekinci, V. K. Valev, T. Verbiest, and T. V. Murzina, “Anisotropy versus circular dichroism in second harmonic generation from fourfold symmetric arrays of G-shaped nanostructures,” Phys. Rev. B 89, 121113(R) (2014).