В лаборатории ведутся теоретические и экспериментальные исследования в области магнитооптики, плазмоники и акустооптики. Исследуются магнитные и оптические свойства наноструктурированных материалов, применяемых для создания новых устройств управления оптическим излучением применяемых в интегральной оптике и фотонике. Одним из наиболее ярких примеров наноструктурированных сред являются фотонные кристаллы - диэлектрические среды, у которых оптические свойства периодически модулированы в пространстве. Период модуляции сравним с длиной волны используемого излучения. Замечательным свойством такого материала является то, что он полностью пропускает только эти длины волн света, а свет других длин волн полностью отражает. В фотонном кристалле сильно меняется скорость распространения световой энергии (групповая скорость), что приводит, например, к усилению оптических нелинейных эффектов и порождает новые оптические явления. Если в фотонном кристалле содержатся слои магнитного материалла, например, железоиттриевого граната, то фотонный кристалл становится магнитным и в нем, кроме удивительных оптических свойств проявляются и магнитооптические - эффекты Фарадея и Керра возрастают в сотни раз. Дополнительное усиление магнитооптических, нелинейных и акустооптических эффектов может быть также достигнуто благодаря возбуждению поверхностных плазмон-поляритонов за счет применения однородных либо структурированных металлических покрытий. Применение магнито-плазмонных структур оказывается более перспективным по сравнению с созданием фотонного кристалла, так как периодическая структура формируется в плоскости и не требуется нанесения большого количества чередующихся слоев.
Благодаря применению магнито-плазмонных наноструктур, удалось обнаружить принципиально новый магнитооптический эффект LMPIE (Longitudinal Magneto-Photonic Intensity Effect). Данный эффект существует только за счет возбуждения плазмонных мод на границе металл-магнитный диэлектрик. Величина LMPIE при одинаковых параметрах магнитной пленки может существенно превышать эффекты Фарадея и Керра. На основе магнитоплазмонных наноструктур был разработан сверхчувствительный датчик магнитного поля, обеспечивающий чувствительность на уровне 10-12 Тл.
На основе структур, представляющих собой комбинацию фотонного кристалла, магнитного слоя и плазмонного покрытия, разработаны сенсоры, чувствительные к малейшим изменениям диэлектрической проницаемости внешней среды. На основе таких структур могут быть созданы биосенсоры, могущие зарегистрировать единичную бактерию на своей поверхности.
Также проводятся исследования сверхбыстрой магнитной динамики с помощью установки "накачка-зондирование". Для возбуждения и детектирования магнитных явлений используются фемтосекундные лазерные импульсы. Под действием обратного эффекта Фарадея мощный лазерный импульс создает локальное эффективное поле, возмущающее магнитный порядок в структуре. Релаксация возмущения происходит с испусканием магнонов - магнитостатических спиновых волн. Динамика этого процесса наблюдается с помощью импульса зондирования, приходящего на образец с задержкой в 0..3 нс относительно возбуждающего импульса, по прямому эффекту Фарадея.
Еще одним важным направлением исследований является разработка и создания малоразмерных быстродействующих модуляторов света. Благодаря применению плазмонных наноструктур удается существенно повысить эффективность и придельную частоту модуляции. Модуляция может осуществляться не только за счет магнитооптического эффекта, но и за счет упругооптического. Недавно была разработана конструкция акустоплазмонного модулятора, обеспечивающего глубину модуляции на уровне 0,6 при мощности 1 Вт на длине волны 10,6 мкм. Столь высокая эффективность акустооптического взаимодействия может быть достигнута за счет использования плазмонного резонанса.
Исследования ведутся в тесном сотрудничестве с Международным центром квантовых технологий, а также с научными коллективами Российских и зарубежных институтов и университетов. Все работы ведутся при финансовой поддержке грантов российских и зарубежных фондов поддержки научных исследований.
