侧向反铁磁超晶格的磁极化子研究.ppt

侧向反铁磁超晶格的磁极化子研究 导 师:塔金星 答辩人:黄元亮 专 业:物理学 论文框架 研究背景 目前反铁磁物质的研究主要是理论方面，实际应用还有待研究。反铁磁物质的理论研究可以为光学器件的设计提供理论指导。 在磁性/非磁性超晶格中研究极化子开始于1987年。J. Barnas和N.Raj and D.R.Ti11ey的工作,在超晶格当中,磁极化子是由每个磁性层中的表面极化子通过非磁性层相互藕合而形成的集体激发行为。 至今为止，研究体磁极化子尚且停留在理论部分，而表面磁极化子的研究倒是比较多，研究体磁极化子的性质不仅具有理论意义，更多的是在实际应用中的作用。 主要研究内容 本文主要研究由反铁磁层和电介质层交替排列构成的侧向超晶格的磁极化子，也称电磁模式（主要是体模即体极化子），推导出侧向反铁磁超晶格中磁极化子的色散方程及磁极化子等式。通过改变外加磁场强度,研究体极化子频带的变化，进而讨论侧向反铁磁超晶格中磁极化子的性质。 前言 光子晶体的概念 1987年，E. Yablonovitch和S. John各自提出光子晶体的概念。光子晶体被视为电子晶体在光学领域内的对应物,就像子晶体的势垒的周期性引起能量禁带一样,光子晶体的折射率的变化也会导致一部分能量的光不能够传输通过该结构,这些被禁止的频率区域称为光子禁带。所具能量处在光子带隙内的光子，不能进入该晶体。这种具有光子带隙特性的人造周期性电介质结构就是光子晶体。 光子晶体的结构与分类 按照光子晶体的光子禁带在空间中所存在的维数，光子晶体一般可分为一维光子晶体、二维光子晶体和三维光子晶体三种类型。 一维光子晶体是指在一个方向上具有光子频率禁带的材料，它是介电常数不同的介质块堆积形成的结构，它已经广泛运用于实际。 二维光子晶体是指在二维空间各方向上具有光子频率禁带特性的材料，是介电常数在二维空间呈周期性排列的结构。这种结构在垂直于介质柱的方向上介电常数是空间位置的周期性函数，而在平行于介质柱的方向上介电常数不随空间位置而变化。 三维光子晶体是指在三维空间各方向上具有光子频率禁带特性的材料，三维光子晶体是由两种介质的方块构成的空间周期性结构见下图1-1-2，在XYZ轴都具有周期性。三个方向都有频率截止带。由此叫做全方位光子带隙。即落在带隙中的光在任何方向都被禁止传播。 光子晶体的特征 具有光子带隙是光子晶体的基本特征。频率在禁带中的电磁波无法传播，光子晶体的出现证实了自发辐射能够人为的改变，光子态的数目和自发辐射的几率是正比关系的，而带隙中没有任何态存在，所以频率落在光子禁带中的电磁波的自发辐射被完全抑制。 另外一个特征是光子局域。John于1987年提出在一种经过精心设计的无序介电材料组成的超晶格相当于现在所称的光子晶体中光子呈现出很强的局域 称为 Anderson 局域。在引入了某种程度的光子晶体中。和缺陷态频率吻合的光子有可能被局域在缺陷位置，一旦其偏离缺陷处就将迅速衰减。 光子晶体的制备 这些年，科学家们不断探索和试验，发现了许多可行的人工制备方法。通过人为控制光子晶体的微周期性结构和介电材料之间介电常数配比，能制出不同带隙的光子晶体。目前，主要是借鉴硅电子工业的生长方法。比如刻蚀，电化学刻蚀和胶体自组织密堆积方法，除此之外还有自然生长法，机械制备法（打孔法，拉光纤法），光刻法（电子束光刻，原子力显微光刻，紫外光刻，X射线光刻，掩模制造方法），光学方法，薄膜生长法，反蛋白光子晶体合成法等等。一维光子晶体一般采用层层生长法。二维光子晶体多采用刻蚀，电化学刻蚀。三维光子晶体的制备难度大，技术要求高，有待深入研究。在Ames实验室证实了金刚石结构的光子晶体具有很大的带隙后, Yablonovitch等人便采用活性离子束以打孔法制造了第一块具有完全光子带隙的三维光子晶体 反铁磁光子晶体 物质的磁性大体可以分为顺磁性、抗磁性、反铁磁性、铁磁性和亚铁磁性。磁性材料的性质主要表现在磁导率 μ上，它是外加磁场、频率以及磁性材料饱和磁化的函数，具有张量形式。过渡金属的氧化物，氯化物，氟化物大部分是反铁磁物质。反铁磁物质中近邻原子的磁距等大反向，互相抵消，总磁距为零。从磁结构上来讲，铁磁物质是序磁性物质。在外加静磁场的条件下，才会出现微弱的总磁距，类似于顺磁性物质。由于它的磁性很弱，需要精密仪器才能检测出来。目前反铁磁物质的研究主要是理论方面，实际应用还有待研究。反铁磁物质的理论研究可以为光学器件的设计提供理论指导。 加入了磁性材料的光子晶体具有很大的潜力，这是因为磁性光子晶体异于普通的电介质光子晶体，可以展现出独特的光学和磁光性质，使得磁性光子晶体有