Сотрудники физического факультета МГУ продемонстрировали принципы сверхбыстрого магнитоплазмонного сенсора, чувствительного к субпикосекундному изменению состояния намагниченности среды. Проведенное исследование органично дополняет активно развивающееся сегодня направление сверхбыстрого оптомагнетизма и его приложений, таких как, например, быстрая термомагнитная запись.

Результаты работы были опубликованы в авторитетном международном научном журнале Nano Letters.

Разработанный учёными физического факультета метод детектирования обладает большой чувствительностью на ультракоротких (единицы пикосекунд) временах, что позволяет использовать его, например, для исследования магнитной динамики в системах с практически полностью скомпенсированной намагниченностью (антиферромагнетиках и ферримагнетиках).

В основе сенсора лежат специальным образом наноструктурированные пленки никеля. В таких структурах возможно возбуждение сверхкоротких поверхностных плазмон-поляритонов — связанных состояний электромагнитного излучения и электронов в металле, распространяющихся по границе раздела металл-диэлектрик.

Руководитель коллектива авторов, профессор кафедры квантовой электроники МГУ Андрей Федянин пояснил: «Поверхностные плазмоны хорошо “чувствуют” любые изменения оптических и магнитных свойств металла и окружающего его диэлектрика, в том числе сверхбыстрые, что делает возможным их использование в био-, химических и магнитных сенсорах».

«Известно, что фемтосекундный лазерный импульс способен значительно размагнитить ферромагнитные металлические пленки за время порядка одной пикосекунды. Мы использовали чувствительность поверхностных плазмонов к состоянию намагниченности ферромагнитного материала для более эффективной регистрации сверхбыстрого процесса лазерного размагничивания никелевых нанорешеток», — рассказала Татьяна Долгова, один из соавторов статьи, старший научный сотрудник лаборатории нанооптики метаматериалов МГУ.

«Это несколько нестандартный подход, так как обычно поверхностные плазмоны используют для того, чтобы сильнее размагнитить наноструктуру за счет дополнительной “фокусировки” энергии, что, в конечном счете, приводит к еще большему ее нагреву. В результате мы смогли исследовать магнитную динамику в никеле, индуцированную лазерным импульсом, с субпикосекундным временным разрешением. Подобные измерения в неструктурированном материале, например, в традиционно используемых в подобных исследованиях гладких пленках, обернулись бы значительными техническими трудностями по причине малых значений магнитооптических эффектов, используемых как индикатор намагниченности», — уточнил первый автор статьи, аспирант кафедры квантовой электроники физического факультета МГУ Илья Новиков.