Магнитное управление параметрами поля рассеяния на магнитоплазмонных графеновых решетках в терагерцовом диапазоне частот

Обоснование. Актуальность задачи разработки новых способов эффективного управления характеристиками терагерцового излучения диктуется потребностями развития терагерцовой техники. Для практических целей важна возможность управления поляризацией и интенсивностью терагерцового излучения в наноструктурированных средах и изменения их магнитооптических свойств под действием внешнего магнитного поля. Однако в терагерцовом диапазоне отсутствуют материалы, обладающие способностью влиять на состояние поляризации излучения невзаимным образом. Магнитооптическая активность наносистем с комбинированными магнитными и плазмонными функциями может быть значительно увеличена за счет усиления электромагнитного поля, связанного с плазмонным резонансом, а магнитная функциональность позволяет управлять плазмонными свойствами с помощью внешнего магнитного поля. Возбуждение поверхностных магнитоплазмонов-поляритонов в графене и графеновых структурах резко изменяет магнитооптический отклик, и это делает графен уникальной площадкой для управляемых с помощью поверхностных магнитоплазмонов-поляритонов магнитооптических явлений. Цель. Целью данной работы является разработка новых способов эффективного управления характеристиками терагерцового излучения и численное исследование влияния гиротропии и возбуждения поверхностных магнитоплазмонов-поляритонов на параметры (поляризацию) поля рассеяния на магнитоплазмонных графеновых решетках в терагерцовом диапазоне частот. Методы. Эту важную научную проблему, связанную с моделированием рассеяния терагерцовых волн на магнитоплазмонных графеновых решетках и исследованием характеристик рассеянного терагерцового излучения, позволяют решить средства автоматизированного моделирования с помощью программного комплекса CST MWS на основе решения (методом конечных элементов в частотной области) электродинамической задачи дифракции. Результаты. В качестве объекта анализа выбраны магнитоплазмонные решетки графеновых нанолент в перпендикулярном внешнем магнитном поле, разработаны их модели в программном комплексе CST MWS, и показана возможность перестройки резонансных частот. Получены результаты моделирования 3D e-Field диаграмм рассеяния нормально и под углом 30° падающей плоской волны p- и s-поляризации на ячейке магнитоплазмонной решетки графеновых нанолент, а также расчета отношения амплитуд горизонтальной и вертикальной компонент Ех/Еу рассеянного поля и осевого соотношения AR в точках сечения (φ = 0°) главного лепестка 3D e-Field диаграмм рассеяния на резонансных частотах. Выявлены способы магнитного управления поляризацией рассеянного терагерцового излучения, основанные на выборе рабочих частот, соответствующих резонансам поверхностных магнитоплазмонов-поляритонов, и показана возможность преобразования линейной поляризации падающей волны в зависимости от величины внешнего магнитного поля, при этом прошедшая волна может имеет эллиптическую поляризацию (поляризационный эллипс вытянут), отраженная волна – эллиптическую поляризацию, близкую к круговой. Заключение. Возможность магнитного управления поляризацией рассеянного терагерцового излучения на магнитоплазмонных графеновых решетках позволяет создавать интегральные фотонные устройства для телекоммуникаций, терагерцовой связи и визуализации, биомедицинских технологий, сенсорики, включая биосенсоры и оптоэлектронику.