Физика

Перестраиваемые поляризационные магнитооптические эффекты при рассеянии терагерцового излучения на решетках графеновых нанолент в магнитном поле

Г. С. Макеева, М. С. Никитин

Пензенский государственный университет, Пенза

Аннотация: Актуальность и цели. Целью работы является численное исследование особенностей резонансных (за счет возбуждения и распространения плазмонных возбуждений) поляризационных магнитооптических (МО) эффектов и способов управления поляризацией терагерцового (ТГц) излучения при рассеянии на решетках графеновых нанолент во внешнем магнитном поле. Материалы и методы. Графен - 2D-материал с уникальными оптическими и электронными свойствами - служит платформой для новых ТГц-приложений и микроминиатюрных систем с новыми возможностями. Возбуждение поверхностных магнитоплазмонов-поляритонов с законом дисперсии, измененным вследствие приложения внешнего магнитного поля, значительно усиливает МО-эффекты в графеновых структурах. Впервые численное исследование поляризационных МО-эффектов проведено методами автоматизированного моделирования с помощью программного комплекса CST MWS на основе решения (методом конечных элементов в частотной области) электродинамической задачи дифракции волны на решетке графеновых нанолент при приложении перпендикулярного внешнего магнитного поля и анализа характеристик дифрагированного поля в ТГц-диапазоне. Результаты. Получены результаты моделирования 3D-e-Field-диаграмм рассеяния нормально падающей TEM-волны p-поляризации на ячейке решетки графеновых нанолент в перпендикулярном внешнем магнитном поле на частотах плазмонного (при $B_0$) и магнитоплазмонных резонансов для различных значений $B_0$ (2, 4, 7, 10 Тл). На основе анализа результатов расчета отношения горизонтальной и вертикальной компонент $Е_x/Е_y$ дифрагированного поля и осевого соотношения AR в точках сечения ($\phi = 0^{\circ}$) главного лепестка 3D-e-Field-диаграмм рассеяния исследован вид поляризации рассеянного ТГц-излучения и рассчитаны угол вращения Фарадея плоскости поляризации прошедшей волны и угол вращения Керра, описывающий поворот оси поляризации отраженной волны. Выводы. Из результатов численного исследования следует, что при дифракции нормально падающей TEM-волны p -поляризации на ячейке решетки графеновых нанолент при приложении перпендикулярного внешнего магнитного поля на частотах магнитоплазмонных резонансов наблюдаются перестраиваемые по частоте МО-эффекты: поворот плоскости поляризации линейно-поляризованной волны при прохождении через намагниченную графеновую решетку, когда волновой вектор падающей волны параллелен вектору напряженности внешнего магнитного поля (эффект Фарадея), при этом угол вращения Фарадея зависит от величины внешнего магнитного поля; изменение ориентации поляризации и эллиптичности отраженной волны (полярный МО-эффект Керра), линейно-поляризованная ТГц-волна, отражаясь от намагниченного графена, становится эллиптически поляризованной. При этом большая ось эллипса поляризации поворачивается на некоторый угол по отношению к плоскости поляризации падающего ТГц-излучения пропорционально величине внешнего магнитного поля.

Ключевые слова: электродинамическая задача дифракции, решетка графеновых нанолент, эффект Фарадея, полярный магнитооптический эффект Керра, дифракция, осевое соотношение

УДК: 621.371

DOI: 10.21685/2072-3040-2025-3-5