Генерация второй гармоники в тонких пленках с моодулированными нелинейно-оптическими свойствами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

министерство науки. высшей школы й технической политики

российской федерации

московский ордена ленина, ордена октябрьской революции и ордена трудового красного знамени государственный университет имени ю.шоносова

физический факультет

На правах рукописи

ЕЖОВ ШРЯ АЛЕКСАНДРОВИЧ

генераций второй гармоники в тонких пленках с модулированную нелинейно-оптическими свойствами

01.04.23 - лазерная физика

А В I ОРЕСЕНАТ

«ссертл'ши на соискание учешя степени

¡?лнйи5лтл <мзико-клтгмлтическ!« наук

посква

1с"''}

рлбога выполнена на кафедре квантовой гадицфизики физического

факультета ИГУ им. Й.В.Ломоносоьа.

Научный руководитель:; доктор физико-математических наук.

ДОШ'НТ О.А.АкЦИНЕТРОВ

официальные gi;iîohî;hti,i:

доктор физико-математических наук.

ведущим научный сотрудник

в.н.поливанов

капдидат физико-матемагических наук.

доцент и.л.шукай

Ведущая организация: Институт спектроскопии РАН

Зашла сос^ся 1992 г. в 15 час. 00 мин.

ii 1ч£»:1«.1г:-сна-2ллс. кно на заседании специализированного Ученого Сч:ч:га отделения глдиофизики физического факультета к Нос-киьс.««* Госуллгсткеннои Университете. шифр K-053.05.2i. С диссертацией wjthu ознакомиться в библиотеке физического факульте-ta ïïï.

адр'ис-. UvS?? ¡СИ, Носкеа. Ленинские горы. НГУ. физическии фа-

культе <» ученому секретари специализированного УчЕНОГО совета N1 отделения радиофизики.

Автореферат разослан ' il'.

Ученый секретарь сиедиадизирйеанногр. -д " ;

Ученого Совета N1 отделения1Радиофизики. '

кандидат физико-математически)^ наук ' . р' f А.И.Гомонова

я'' „."•- v v'-'■/

^ е-. ____г>; - j

.•'¡uï ios •/

1 Отдел россмскл. . ]да>та:»||

С У А' ' ------

диссертационная работа посвящена экспериментально«)' и теоретическому исследований генерации второй гармоники (ВГ) в гонких пленках, нелинеино-оптические свойства которых определяются неоднородностью структуры. внешним воздействием в виде светового или магнитного поля! выяснении диагностических возможностей метода при изучении поверхностных явлении в металлах и перспектив его использования в 0гп03лектр0нике.

в силу причин. связанных со свойствами симметрии тензора 3-го ранга и запрещавших генерацию в обьеме центросимметричнои среды дипольнои ВГ. метод генерации отраженной ВГ при исследовании поверхности металла или тонких пленок характеризуется высоким пространственным разрешением.

в мультипольном разложении квадратичной нелинейной поляризации можно выделить несколько характерных членов. Это. прежде 0а /-(«<*_ г

ВСЕГО, ДИИОЛЬНЫИ ВКЛАД: = </1]1< Гйа1< ' ОТЛИЧНЫЙ от ну-

ля В ПЛЕНКАХ. СОСТОЯЩИХ ИЗ НЕЦЕНТРОСИММЕТРИЧНЫХ МОЛЕКУЛ ИЛИ

имеющих нецентросимметричную кристлллическую структуру. Поскольку гиперполяризуемость молекулы определяется ее состоянием. использование генерации ВГ в молекулярной электронике для диагностики состояния фотохромных носителей оптических запоминавших устройств может быть весьма перспективным.

Для металлов. обладающих центросимметричнои кристаллической структурой. первый ненулевой вклад в поляризацию дает квадрупольный^ член " уцц^ еые • дипольная поляризация возникает в гонком приповерхностном слое. где центросимметричность отсутствует. последнее обстоятельство обеспечивает высокую чувствительность этого метода к свойствам поверхности. Для шероховатой поверхности металла. как было обнаружено в 80-х годах. интенсивность генерируемой ВГ возрастает. Это явление. по аналогии с гигантским комбинационным рассеянием (ГКР) получившее название генерации гигантской второй

(ГЕГ), вызвано б общем случае возрастанием локальных злектро-магнитнух нолей излучения накачки вблизи шероховатой поверхности металла (электромагнитные механизмы) или модификадиеи гияер-иоляризуемости молекулы адсорбата в системе адсорбат/шерохова-

тая НА АТОМНОМ урцвне ПОВЕРХНОСТЬ металла (мОЛЕКУЛЯРНО-АДСОР-ВЦИОННЫЕ механизмы).

В отличие от ГКР метод генерации ГВГ позволяет разделить

упомянутые механизмы усиления, ошосителыше вклады которых для разного типа поверхностейт проявляющих активность в ГКР, меняются в широких пределах. В связи с этим г определеннныи интерес вызывает генерация ГВГг так называемыми , "хОЛОДНЫМи" металлическими плёнками в сверхвысоком вакууме. для которых вклад мо-леку дярни-адсорбционных механизмов в ГКР является определяющим.

Изучение гигантских нелинеино-оптических процессов в таких

обьектах позволяет» поняв их природу» использовать зти явления для диагностики поверхностей и границ раздела.

Учет магнитнои структуры вещества вводит в рц^ члены.

зависящие от намагниченности или магнитного поля н0 ■-

Рги>1 - + У^Г'М^^ЕиЬ . Для ряда

нагнигоупорядочеиных кристаллов, обладавших оптической актив-посты). мо*но ожидать одновременного проявления свойств, описываемых как лине.иными, так и нелинеиными (кВАДРАТНЧИЫМи) оптическими виснриимчивостями. Дл-л того, чтобы выделить вклад маг-иитнии подсистемы в генерируемую ВГ следует учесть зависимость от и и но самой диэлектрическои проницаемости, определяющей процесс распространения излучения в магнитоу1шрядоченных средах, как в случае классического эффекта фаРАДЕЯ, наблюдаемого и при генерации ВГ. Выделение вклада, связанного с нелинейностью магнитнои подсистемы, дает дополнительную информацию о свойствах симметрии магнитиупорядоченного состояния кристалла.

цель работы.

1. Изучение механизмов поверхностного усиления на шероховатой поверхности металла на основе экспериментальнцго исследования генерации ГВГ в "хОЛОДНЫх" серебряных и медных пленках.

2. Экспериментальное и теоретическое исследование квадратичной оптической нелинейности в магнитоунорядоченных, гирот-ропных средах - эпитаксиальных пленках редкоземельных ферритов-гранатов. Выяснение роли линейных магнитооптических эффектов в процессе генерации ВГ.

3. Экспериментальное исследование фотохромных превращении

бактериородопсина. изучение возможностей В[ для невозмущавщеи диагностики «отохромных носителей информации.

Актуальность проблемы.

Изучение генерации гигантскои ВГ на поверхности металлов

представляется актуальным как с точки зрения природы самого явления, так и с точки зрения его использования в бесконтактных методах исследования и диагностики поверхности.

Эффекты поверхностного усиления, значительно повышающие чувствительность нелинеино-оптических методов к происходящим на поверхности процессам, оказываптся недостаточно изученными в плане их возможных механизмов. Для многих традиционно используемых в спектроскопии ГКР обьектов остается открытым вопрос о соотношении вкладов в поверхностное усиление электромагнитных и молекулярно-адсорбционных механизмов. ЯвЛЕНИЕ генерации ГВГ позволяет в ряде случаев решить эту проблему.

Связь квадратичном оптическои нелинеиности со структурой или состоянием вещества делает спектроскопические исследования квадратичных нелинеино-оптических процессов в кристаллических

средах весьма актуальными. особенно в тех случаях (ранее практически не изучавшихся). когда последние обладав! магнитнои

структурой. Возможности метода генерации ВГ в фундаментальных

исследованиях твердого тела сочетаются с перспективностью его использования и в оптозлектронике, где оптическая нелинейность среды в совокупности с традиционными магнитооптическими эффектами порождает ряд новых явлении, требующих адекватного описания.

Важным направлением в молекулярной электронике и оптозлек-

тронике является разработка новых регистрирующих сред и методов, на основе которых могут быть реализованы оптические запоминающие устройства. Общим требованием к такого рода устройствам является отсутствие искажении информации при ее записи или воспроизведении оптическими методами. Использование методов нелинейной оптики позволяет развить новый подход в разработке оптической памяти на основе «отохромных соединении и продемонстрировать возможности генерации ВГ при исследовании фотохром-ных превращении одного из перспективных материалов - бактерио-

р0д01гсина.

Научная новизна.

1. Впервые экспериментально исследована генерация гигантской второй гармоники, отраженной о г поверхности "холодных"

металлических пленок в условиях сверх-высокого вакуума. УСТАновлено связанное с уменьшением пористости "холодных" пленок в

процессе термического отжига необратимое уменьшение интенсивности ВГ.

2. Исследован вклад электромагнитных механизмов в усиление ГВГ в "холодных" пленках и его связь с особенностями их структуры. На основе результатов исследовании сделан вывод о домини-

- а -

руотеи роли молекулярно-адсорбционных механизмов в ГКР для такого рода обьектов.

3. Экспериментально и теоретически исследована генерация ВГ в нелинейной» гиротропнои среде - 311 ит аксиальных пленках редкоземельных ферритов-гранатов. Показано, что установленные

особенности нелинейно-оптического эффекта Фарадея связаны со проявлением лииеиных магнитооптических свойств при генерации

ВГ.

4. Исследована генерация анизотропно« ВГ для грани (111)

кристалла феррит-граната 5 BiqsFejQ^. ВыДЕЛЕН вклад магнит-нои подсистемы кристалла в квадратичную квадрукольнуи восприимчивость.

5. Исследованы фотохромные превращения бактериородопсина. Предложен и реализован метод нестираюшего считывания информации из фогохромных оптических запоминающих устройств.

Практическая применимость.

Изучение механизмов поверхностного усиления имеет большое значение при создании новых оптических диагностических методов в фундаментальных исследованиях явлении на поверхности твердого

тела. Изучение квадратичных нелинеино-оптических процессов в

магнитных средах может быть использовано не только при отработке спектроскопических методов в физике магнитных явлении, но и при создании новых нелинеино-онтических устройств.

На основе метода генерации ВГ могут быть развиты методы нестираюшего считывания информации из фотохромных запоминавших устройств.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ.

Апробация работы.

Основные результаты диссертации докладывались на следующих

КОНФЕРЕНЦИЯХ!

1. XII Международная конференция но когерентной и нелинейно« оптике (г.Москва, 1985 г.)г

2. XIII Международная конференция но когерентной и нелинейной оптике (г.Минск, 1983)»

3. III Всесоюзная конференция но вычислительной оптозлектронике (Ереван, 1987);

4. XIII Всесоюзная конференция по электронной микроскопии (Сумы, 1987);

5. II Всесоюзная конференция молодых ученых "Теоретическая и прикладная оптика ' «ь 1инград, 1986).

Структура и обьем диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Обшии обьем 181 страниц, в том числе 38 рисунков и 5 таблиц. Список литературы состоит из 259 наименований.

Во введении диссертации обсуждается актуальность данной проблемы, сформулирована цель и кратко изложено содержание диссертации.

глава 1. Генерация второй гармоники на поверхности. Механизмы усиления оптических процессов на шероховатой поверхности металла и 'холодные" пленки.

В первой главе рассматривается области применения метода отраженной второй гармоники в физике поверхности твердого гела

и физические механизмы усиления оптических процессов (в том числе И ГКР) на поверхности металлов. ПрИ этом особое внимание уделяется механизмам усиления в "холодных" металлических пленках. Перечислены основные свойства "холодных" пленок (ХП). получаемых напылением металла (Ао. Ао. Со и т.д.) в условиях сверхвысокого вакуума на охлажденную до температур ниже 250 К подложку и обладающих рекордными значениями усиления.

В разделе 1.1 предлагается обзор работ» посвященных исследованию поверхности твердого тела методом генерации отраженной

ВГ. Показаны возможности метода при исследовании кристалличес-

кои структуры приповерхностных слоев. адсорбции на поверхности твердого тела.

Эффекты поверхностного усиления приводят к возрастании

ВКЛАДА ПОВЕРХНОСТИ В ГЕНЕРАЦИЮ ВГ. В РАЗДЕЛЕ 1.2 ПРЕДСТАВЛЕН ОБЗОР ЭФФЕКТОВ УСИЛЕНИЯ. ИМЕЮЩИХ ЗЛЕКТРОМАГНИТНУЮ ПРИРОДУ и СВЯЗАННЫХ С МОДИФИКАЦИЕЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО НОЛЯ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ВБЛИЗИ ШЕРОХОВАТОЙ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ В РЕЗУЛЬТАТЕ РЕЗОНАНСНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ И ЛОКАЛЬНЫХ НЛАЗ-

мон-ноляритонов. Рассмотрены модели, описывающие усиление в регулярных структурах на поверхности металла (дифракционные реШЕТКи), дисперсных средах (островковые ПЛЕНКи). обсуждается их ПРИМЕНИМОСТЬ к описанию сильни неоднородных структур. какими представляются "хОЛОДНЫе" металлические пленки. ОбОЬ'ШЕНИЕ модели изолированной металлической частицы эллипсоидальной формы на случаи полости в металле позволяет оценить значение факторов локального поля и полости.

Значительное (до 107 ) усиление в холодных пленках связывается с наличием в их обьеме глубоких и узких межкристаллит-

- а -

пых разломов, возникающих на стадии формирования «ленки из-за ограниченной подвижности атомов осаждаемого металла. Термически« отжиг ХП стимулирует поверхностную самодиффузию атомов металла и ведет к необратимому падении ГКР -активности. Анализ результатов исследовании ХП. обзор которых представлен в разделе 1.3. не дает основании свести все наблюдаемое в экспериментах по ГКР в ХП усиление к резонансному возрастании поля внутри полости в металле и требует учета взаимодействия адсорбата с шероховатой на атомном уровне поверхностью металла.

еильшое КОЛИЧЕСТВО ДЕФЕКТОВ КРИСТАЛЛИЧЕСКОИ РЕШЕТКИ металЛА В ХП И ИХ ПРЕИМУЩЕСТВЕННАЯ ЛОКАЛИЗАЦИЯ ВНУТРИ ПОР. ОБЬЯСНЯВТ НАБЛЮДАЕМЫЕ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ ХИМИЧЕСКУЮ СПЕЦИФИЧНОСТЬ И ЭФФЕКТЫ "БЛИЗКО«£ИС(ВИЯ" ГКР. ВОЗНИКАЮЩИХ из-за ВЗАИМОДЕЙСТВУЯ адсорбированной МОЛЕКУЛЫ С ТОЧЕЧНЫМ ДЕФЕКТОМ (ГКР-АКТИВНЫМ ДЕНТРОм). Этим И другим ОСОБЕННОСТЯМ ПРОЯВЛЕНИЯ МОЛЕКУлярно-АДСОРБЦИОННЫХ МЕХАНИЗМОВ УСИЛЕНИЯ в ХП ПОСВЯЩЕН ПОСЛЕДНИЙ РАЗДЕЛ главы.

глава 2. Экспериментальное исследование генерации ВГ в "холодных" металлических пленках.

При описании гигантской ВГ на поверхности металла подлежит учету юлько электромагнитная часть усиления. В отсутствие адсорбата источником опгическои нелинеиносги среды являются электроны просодимисти металла. локализованные вблизи его поверхности. Обусловленная наличием пор неоднородность с пространственным масштабом в несколько сот ангстрем непосредственно с оптическими нелинеинымм свойствами металла не связана. но ответственна за пространственную (вдоль поверхности) модуляцию электродинамических параметров, определяш11их локальные ноля.

В разделе 2.1 рассмотрена модель эллипсоидальных пор в ме> талле. и03вш1яышая оденить резонансное возрастание колеи накачки (<л) и излучения ВГ (га). Электромагнитное усиление в такой

системе оказывается сильно зависящим 0( формы полости (поляризации излучения) в металле и возможно только для очень узких пор. В работе приведены соответствующие цценки факторов локального ноля и 1еа для ХП Ао и Си. Учет возможных механизмов

квадратично« нелинейности металла. связанных с поверхностной дипольнои у^5'' и квадрупольной воснриимчивостими. и

особенностей структуры "холодных" пленок? модулирующей оптические свойства поверхности металла! позволяет перейти к модели

излучаюших ВТ полостей. Замена тензоров квадратичной нелинейной восприимчивости "металла в делом" на квадратичную поляризуемость отдельной полости связывает интенсивность генерируемой ВГ с макроскопической пористость» ХП и эффективными значениями фактцров локального ноля ь .

В разделе 2.2 изложены относящиеся к генерации ВГ в "холодных" серебряных и медных пленках основные экспериментальные результаты? описана методика приготовления и исследования образцов ХП в условиях сверхвысокого вакуума. Напыление на поверхность охлажденной до температуры Т=80 К подложки пленки Ао

о

или ои массовой толщиной ян, = 400 - 1000 А приводило к значительному (до 25 раз) возрастаний интенсивности компоненты ВГ

С т XI

р-р поляризации. Ьыли получены зависимости о! массо-

вой толщины 4щ металла. В процессе роста ХП при с|щ < 200 А была выделена островковая фаза пленки» характеризующаяся значительной степенью деполяризации и диффузности генерируемой ВГ.

Последующий термический отжиг ХП приводил» как и в случае

с ГКРг к необратимому уменьшению интенсивности до уровня,

соизмеримого с уровнем ВГ от пленки, полученной при Т=300 К.

Изменение интенсивности ВГ в процессе роста пленки или ее отжига хорошо коррелируют с изменением обшей пористости подобной структуры, известным из литературных источников. Необратимое тушение генерации 01 при температурах отжига в 250 К (для ХП Аи) и 300 К (для ХП Со) связано с гермоактивируемои самодиффу-зиеи атомов металла и исчезновением межкристаллитных разломов.

Кроме того, исследовано линейное отражение излучения от поверхности ХП в процессе ее формирования. ПрОВЕДЕННЫИ в просвечивавшем электронном микгискаие анализ зафиксированной слоем 5x0х

"холодной" структуры подтвердил наличие глубоких и узких разломов в ХП.

В следующем параграфе обсуждаются полученные результаты.

Явная зависимость от площади поверхности ХП ( $хп ) и

фактора формы полости в металле £ 1

Зхп < С и и /"1 >1^ • позволяет оценить

эффективное значение факторов локального поля внутри полости. В типичном случае. когда отношение ширины разлома к его глубине 0.1 - 0.01. ЕДеи не превышает значения \1.111 г что в пересчете на электромагнитное усиление в ГКР дает оценку

I* в 10* - 103 для XI Ао и Ю1 - 10е для ХП Си. Полученные оценки ограничивают вклад электромагнитных механизмов в усиление ГКР на "холодных" пленках и подтверждают доминирующую роль в таких обьектах молекулярно-адсорбционных механизмов усиления.

ГЛАВА 3. Генерация ВГ в магнитоупорядоченных средах - кристаллах редкозмельных ферритов-гранатов-

При переходе от немагнитных сред, в которых традиционно

ИССЛЕДОВАЛАСЬ ГЕНЕРАЦИЯ ВГ, К СРЕДАМ, ОБЛАДАЮЩИМ МАГНИТНОЙ СТРУКТУРОЙ, ТЕНЗОРЫ ДИИОЛЬНОИ И КВАДРУШЛЬНОЙ КВАДРАТИЧНОЙ НЕЛИНЕЙНОЙ ВОСПРИИМЧИВОСТИ СТАНОВЯТСЯ ЗАВИСИМЫМИ^ ОТ НАМАГНИЧЕННОСТИ М ИЛИ ВНЕШНЕГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ Нл 5 М ) и ^Но,Гм } ,И ОПРЕДЕЛЯЮТСЯ МАГНИТНОЙ СИММЕТРИЕЙ КРИСТАЛЛА.

Отмеченная связь магнитного состояния вещества с его иелинеи-нц-оптическими свойствами позволяет говорить о модуляции последних внешним магнитным нолем, проявление которой в процессе генерации ВГ определяется типом тензора.

В РАЗДЕЛЕ 3.1 ГЛАВЫ РАССМОТРЕНЫ ВОПРОСЫ, СВЯЗАННЫЕ С ОПИСАНИЕМ СВОЙСТВ СИММЕТРИИ МАГНИТНОЙ ПОДСИСТЕМЫ КРИСТАЛЛА. БвЕДЕ-НИЕ В ОБЫЧНЫЕ ПРОСТАНСТВЕННЫЕ ГРУППЫ СИММЕТРИИ НОВОГО ЭЛЕМЕНТА СИММЕТРИИ - ОПЕРАЦИИ ОБРАЩЕНИЯ ВРЕМЕНИ 1 - ПОРОЖДАЕТ МНОЖЕСТВО КЛАССОВ МАГНИТНОЙ СИММЕТРИИ И НивЫЕ, НО ОТНОШЕНИИ К ОПЕРАЦИИ 1 , ТИПЫ ТЕНЗОРОВ. ИМЕЮЩИМ СИММЕТРИЮ, КАК правило, от ЛИЧНУЮ от КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКОЙ. ЙАЛЕЕ ПРЕДЛАГАЕТСЯ ОБЗОР ИЗВЕСТНЫХ К НАСТОЯЩЕМУ ВРЕМЕНИ РАБОТ, РАССМАТРИВАЮЩИХ НЕЛИНЕЙНЫЕ свойства КРИСТАЛЛОВ, ОБЛАДАЮЩИХ МАГНИТНОЙ СТРУКТУРОЙ. иСОБСЕ вникание УДЕЛЯЕТСЯ ОПИСАНИЮ КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКИХ И МАГНИТНООПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КРИСТАЛЛОВ РЕДКОЗМЕЛЬНЫУ, ФЕРРИТ ов-грана ГОВ как ОБЬ ем А ДАЛЬНЕЙШЕГО ИССЛЕДОВАНИЯ.

В следующем разделе йзлцжена применявшаяся в работе методика поляризационных нелинеино-цятических измоении е) зпигакси-альных пленках ферритов-гранатов и приведена схйма экспериментальной установки. Описан лабораторный макет импульсного соленоида для модуляционных измерений.

Раздел 3.3 посвящен экспериментальному исследованию нелинейно-оптических эффектов Фарадея и Керра в пленках ®*о5 • Измерена величина фарадеевского вращения плос-

кости поляризации ( с| } и интенсивность ВГ Хг[й( л ) в за-

висимости от толиины эпитаксиальнои пленки. Учет недиагональных

компонент тензора диэлектрическое проницаемости iie^ ) . определяемым магнитным состоянием кристалла» позволил решить задачу о генерации ВГ в нелинейной и гиротропнои полубесконечнои среде и тонком слое. для этих двух случаев получены выражения» описывавшие нелинейно-оптические эффекты флрадея и керра. iloka-зано, что наьлидавшаяся в эксперименте немонотонная зависимость ¿ё р1^ ( d ) связана с интерференцией однородной и неоднородной волн на частоте ?£д> в среде» вращение плоскости поляризации которых определяется линеиным эффектом фарлдея.

линейный эффект фан ■адея проявляется и в наблюдаемой зависимости анизотропных свойств генирируемои вдоль направления till] эпитаксиальнои «ленки Yj>s Bi0i5 FejO^ второй гармоники

(раздел 3.4). Определяемый в эксперименте сдвиг при перемагни-

чивании образца анизотропных зависимостей ij^ (v) от угла поворота ^ » характерных для кристаллографической оси 3-го порядка. почти вдвое превосходит ранее учтенный вклад эффекта $а-

радея. Дополнительное изменение параметров анизотропии связывается с изменением самого тензора квадратичной нелинейной восприимчивости. Анализ свойств хикметрии МАГнитнии подсистемы кристалла феррита-граната (магнитном симметрии W) и возможных источников квадратичной оптической нелинейности (квадрупольныи. поверхностный дишльныи) позволяет выделить квадрупольныи вклад

в нелинейную поляризацию как немагнитной. так И магнитоуиорядо--ченнои части кристалла. Зависящеи от намагниченности м мокет бы iь действительная часть симметричного тензора квадрушльнои восприимчивости re/**" магнитной подсистемы феррита-граната. которая возникает из-за слабого поглощения на частоте ВГ. ПРИведена опенка этого вклада |/|jC!II= 0-02.

ПАВА 4. Исследование «отохромных превращении бактериородопсина методом генерации отраженной второй гармоники.

Глава посвящена исследовании фотоуправляекой генерации ВГ

молекулами ретиналь-белкового комплекса - бактерирородонсина} в ней содержится крат кии обзор работ но генерации ВГ тонкими пленками и молекулярными слоями на поверхности.

В нервом разделе дана краткая характеристика явления фо-тохромизмл и основным классам фотохромных веществ, оценивается эффективность применения фотохромных материалов в устройствах оптическои памяти. под ф0т0хр0мизм0м обычно понимают орратимое преврашене вещества из одного состояния в другое под действием

света» сопровождающееся изменением спектров лослаашия в 6ИЛИ-мои области. Среди многих фошхромных соединения» как несргани-ческого» так и органического происхождения» ИМ Самим ХАРАКТЕристикам (чувствительность » цикличность» вистг'ОДЕИСТГгИг) с качестве перспективного носителя информации в (шк'шскиу запоминающих устройствах выделяется полученный и 70-x гидах из мембран галобактери1т белок бактериогодонсин '(ЕР)» иС! 10Р1ШГ свойства которого описаны В этом разделе. обратимость ФОТОХИМИческих превращении фотохромных материалов делает вероятным искажение хранящейся информации при ее считывании оптическими методами и» поэтому в данном исследовании ставилась задала иеш13-мушаишеи диагностики фотохромнои системы методом генерации резонансной ВГ.

В РАЗДЕЛЕ 4.2 ПРЕДСТАВЛЕНЫ РЕЗУЛЬТАТЫ исследования с поМОЩЬ!) генерации ВГ ФОТОИНДУНИРОВАННЫХ фотохромных превращении ЕР ПРИ КОМНАТНОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ. В исходном (сВЕТОАДАПТИРОВАПНОм) СОСТОЯНИИ ЕР570 МОЛЕКУЛА БР ИМЕЕТ МАКСИМУМ ПОГЛОЩЕНИЯ на длинр

волны Л =570 нм и резонансная квадратичная гинерполяризусмость ^ы>570 '«лучения ВГ (.>=532 нм), попадавшего в полосу

поглощения EP57Q, максимальна. СвЕТОИНДУЦИРОВАННИИ переход в КОНЕЧНУЮ форму Р419 выводит ВГ из резонанса И сопровождается уменьшением интенсивности второй гармоники. Полученные в эксперименте кривые переключения <5 (w ) п 1гц1у)/ 1гц(0) для разных длин волн излучения подсветки интенсивностью vj в совокупности с системси кинетических уравнении, описывающей фотох-ромные превращения, позволяют разделить вклады отдельных интер-медиатов в генерируемую ВГ. исследованы кривые обратного переключения ер при подсветке излучением, резонансным конечной спектральной форме Р419. Квадратичный вид зависимостей Tj^ от интенсивности излучения накачки свидетельствует 0!; отсутствии ка-

iiv

кого-либо воздействия мощного ил излучения накачки на изучаемую фогохромнуй систему и принципиальном возможности несозмущаюшеи диагностики подобной системы методом генерации ВГ.

Охлаждение; полимерной матрицы, содержащей молекулы ЕР,

позволяет прервать цикл фотохимических превращений и выделить промежуточные интермпшаты. При 1=80 К в эксперименте наблюдался переход ЕР570 -> P6Q0. происходящий за времена "» 1u сек.

Но результатам проведенных исследовании представлены оценки эффективных квадратичных гиперполяризуемостеи интермедиатов молекулы ЕР ¡SCi)6P370 ■■ ifploo ! = 1-0 0.91 : 0.32, где

С570 - (зл * 0.5)-10-« СГСЗ.

в заключении диссертации приведены основные результаты работы, которые могут быть сформулированы следующим образом:

1. Впервые экспериментально исследована генерация гигантской ВГ в свсрхвысоком вакууме в "холодных" серебряных и медных пленках. Получены зависимости интенсивности ВГ от массовой

- is -

толщины и температуры пленки í проведены исследования структуры ХП в просвечивающем электронном микроскопе.

При отжиге полученных при Id =80 К "холодных" пленок до температур TQn >250 К (Aü ХШ и Топ >300 К (Со ХП) обнаружено необратимое уменьшение сигнала Si ! в диапазоне более низких температур изменение интенсивности БГ было частитично обратимо.

2. Исследован вклад электромагнитных механизмов в усиление

гигантской ВГ на поверхности ХП» связанный с возбуждением локальных поверхностных клазмонов в межкрйстлллитных разломах.

Получены оценки факторов локального поля в ХП при генерации гигантской ВГ 1-2(0 Цо < 50. Сделан вывод о ~ом. что рклад злен геомагнитных резонансов в ГКР на "холодных" пленках hl должен превышать юмо-3 для Ао. и 10М0г для Си.

3. Экспериментально и теоретически исследована ¡тнегацил

ВГ в магнитоупорядоченной среде - эиитлксиальнчи пленке редкоземельного феррита-граната. для пленки ^os^s^e исследован нелинейно-оптический эффект флрадеяг заключавшийся в ираие• нии плоскости поляризации излучения ВГ в гирогрйпнии среде.

Показано» что зависимость диэлектрическом проницаемости

среды от намагниченности или магнитного ноля ()бь'лсн'/1с1 установленные особенности нелинейно-оптического эффекта флрам-.я. для случаев иолуь'есконечнои нелинейной гирогропн1ш с1-':;.дь! и нелиньи-ного гиротропного слоя получены выражения для &сличина эффскгор Фарадея и Керра» эллиптичности и интенсивности излучения BÍ .

4. Для грани (111) кристалла Yp g Bl^pejo^j» исследована анизотропия генерации ВГ. установлена связь анизотропных зависимостей T^Ot} » генерируемой вдоль капг ав ления (ill) IT» с намагниченностью образца.

На основе анализа свойств симметрии тензора квадрупольнои квадратичной поляризуемости магнитоупорядоченных кристаллов

редкоземельных ферритон-гранатов сделан вывод о tum. что изменение параметров анизитронии ЕГ может выть связано с вкладом магнит huh подсистемы кристалла в квадрупольнуи) нелинейность.

5. Создан универсальным спектрометр для поляризационных

измерении излучения ВГ и лабораторный макет импульсного источника магнитного г,идя (Н < 20 кЭ! . включаотии схему измерения импульсных магнитных полей и предназначенный для совместной работы с импульсным лазером.

6. Метод генерации резонансной отраженной ВГ использован для исследования фотохромиых превращений пактериородопсина. Исследована кинетика " переключения'' фотохромнои системы для разных длин волн иницируишеп) излучения u диапазоне температур

80-300 К. Подучены мпюм: '?ряиог>» и о*л aihoi'u переключения'.

рассчитаны значении квадратичных гиперполяризуемостей интерме-диатов молекулы бактериородопсина.

В отраженной ВГ зарегистрирован фотоиндунированный переход

EP5/Q ----> P6Q0, совершаемый за времена порядка 10 псек. ПрЕД-

л1ш.:н и реализован метод нестирасшего считывания информации из фо(охранных запоминающих ус1роиств.

Основные результаты диссертации представлены в следующих

работах:

1. Есиков Д.А. Спектрометрический комплекс для исследования

*

поверхности твердого тела.// Рукопись депонирована в ВИНИТИ. N4552-B88.- 1988.- 45 с.

2. Акдипетров 0.А.Дубинина Е.М..Есиков Д.А. и др. Гигантская вторая гармоника в "охлажденных" пленках, механизм поверхностного усиления.- Письма в Ш, 1986.- Т. 44, N8-С.371-374.

3. Акципетров 0.А. Брагинский О.В.,Есикив Д.А. Нелинейная оптика |-иро(ропных сред: ГВГ в редоземельних феррит-гранн-

тах. - Квант, электроника, 1990.- Т.17, N3.- С.320-324.

4. Есиков Д.А. Импульсный соленоид для модуляционной спектроскопии твердого тела.- ПТЭ. 1989.- N5.- С.212-214.

5. Акципетров О.А., Ахмедиев Н.Н.,Есиков Д.А. и др. Нелинейная оптика фотохромных материалов. // Тез .докл.XIII Меедунар.

конф. по КиНО, часть. II. Минск, 1988.- С_191-192.

6. Акципетров О.А.«Ерлгинскии О.В.,Есиков Д.А. Генерация второй оптической гармоники в гиротронных средах! нелинейный эффект ФйРЛДСЯ в редкоземельных феррит-гранатах.//

Тез .докл.XIII Некдуиар.конф.по КиНО, часть II, Минск,

1988.- С.142-143.

7. Есиков Д.А. Эффект Фарадея при генерации второй оптичгскоп гармоники в гиротропнои среде.// Рукопись депонирована в

ВИНИТИ, N4551/688.- 1988,- 25 с.

8. Акципетров 0.А.»Еловиков С.С.»Есиков Д.А. и др. Морфологические особенности пленок серебра» напыленных ."ри ««•»киу температурах. // В кн.: Тез.док.XIII ВсЕсооз.га-кр.пп чльк-тронкои микроскопии (г.Сумы). Н.~ 1937.- Т.2».- С.409-411.

9. Акципетров 0.А.»Есиков Д.А.»Мишииа Е.Д..Петухов А. В. Гигантские нелинейно-оптические явления на поверхности твердого тела.// В кн.: Квантовые процессы в интенсивных полях» Кишинев,Птиница.- 1987.- С.66-75.

10. Акципетров О.А.>Ахмедиев Н.Н.»Есиков Д.А. и др. Нелинеи-

но-оптическое считывание информации в фотохромных элементах памяти. Генерация ВГ молекулами бактериородопсина. //в кн:11роблемы онтичЕскои памяти.Тез.докЛП Всес.конф.» Ереван.- 1987,- С.16-17.

11. Акципетров 0.А.»Всеволодов Н.Н.»Есиков Д.А. и др. Фогохро-

мизм в нелинейной оптике: «отоуправляемая генерация второй

гармоники молекулами бактериоролонсина.- ДАН СССР, 1987.-

Т.293, N3.- С.592-594.

Формат У^ЛДО Заказ_ ЛУГ Бумага

От цел оперативно!! полиграфии и множительной

техники МГИМО 77,/ /ОО пр-т Зернацского, 76