|
@@ -186,19 +186,7 @@ During the investigation of the emission efficiency in our experimental series w
|
|
|
|
|
|
The obtained data presented in Table~\ref{tabExpData} demonstrates that correlation between the Au film surface morphology features and tunnel gap emission intensity exists. Increase of the Au grains lateral dimension leads to rise of the emission intensity. Similar dependence is obtained with decrease of the grains mean height $Z_{avg}$. The most pronounced relation is the dependence of the emission intensity on the aspect ratio $A$ calculated as $Z_{avg}$ divided by the grain diameter $D_{grain}$. Decrease of the grains aspect ratio dramatically increases the emission intensity.
|
|
|
|
|
|
-Предельным случаем поверхности со стремящимся к нулю параметром
|
|
|
-$A$ является монокристаллическое золото. Мы исследовали
|
|
|
-интенсивность излучения туннельного контакта от пленки
|
|
|
-монокристаллического золота толщиной 300~нм. В данном случае сбор
|
|
|
-фотонов через подложку крайне затруднен, поэтому сбор фотонов из-под острия СТМ был организован
|
|
|
-через боковой длиннофокусный объектив, установленный под углом
|
|
|
-25$^\circ$ к плоскости подложки. Для прямого сравнения полученных
|
|
|
-экспериментальных данных интенсивность излучения от
|
|
|
-монокристаллического золота при боковом сборе фотонов была перенормирована
|
|
|
-на интенсивность излучения от образца №5 при той же геометрии
|
|
|
-эксперимента. Полученные результаты показывают, что в случае
|
|
|
-применения монокристаллического золота интенсивность излучения фотонов
|
|
|
-может быть увеличена еще на порядок (см. таблицу~\ref{tabExpData}).
|
|
|
+In our study we investigated the emission in the tunnel gap obtained with 300~nm thick monocrystalline Au film representing the utmost case of the film as parameter $A$ approaches zero. In this case, generated photons cannot penetrate the substrate so collection of the emission was obtained directly from the gap with the use of long-focus lens installed aside the STM at an angle of 25$^\circ$ relative to the substrate surface. To provide correct comparison of the measurement results obtained with different geometries of the lens installation the intensity of the emission registered with monocrystalline gold was normalized over the intensity of the sample 5 emission measured with the same lens installation setup. The experimental data demonstrates that the photon emission efficiency can be increased by an order of magnitude with the use of monocrystalline Au (see Table~\ref{tabExpData}).
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\begin{figure}[t]\centering
|
|
@@ -206,13 +194,7 @@ $A$ является монокристаллическое золото. Мы
|
|
|
\includegraphics[width=0.95\linewidth]{FDTD-spectra.eps}
|
|
|
\caption{
|
|
|
\label{risTransmission}
|
|
|
- \textbf{Рис.~\ref{risTransmission}.} Спектры
|
|
|
- пропускания золотых пленок различной толщины. а)
|
|
|
- Экспериментальные данные и моделирование методом
|
|
|
- матриц переноса для коллимированного пучка б)
|
|
|
- Моделирование методом FDTD для дипольного
|
|
|
- источника. Нумерация кривых в соответствии с
|
|
|
- таблицей~\ref{tabExpData} }
|
|
|
+ \textbf{Рис.~\ref{risTransmission}.} Light transmission spectra of the different thickness Au films. а) Experimental and theoretical curves obtained numerically with the use of the transfer-matrix method for collimated beam, b) FDTD modeling results for dipole source. The curves numbering corresponds to Table~\ref{tabExpData}. }
|
|
|
\end{figure}
|
|
|
|
|
|
% \begin{figure}[t]\centering
|
|
@@ -241,30 +223,14 @@ SC$^a$ & - & 300 &$\rightarrow\!\infty$ & $\rightarrow\! 0$& $\rightarrow \! \i
|
|
|
\end{tabular}
|
|
|
\caption{
|
|
|
\label{tabExpData}
|
|
|
- \textbf{Таблица \ref{tabExpData}.} Параметры образцов и
|
|
|
- экспериментальные данные. a) Монокристаллическое золото b) Значение
|
|
|
- получено на экспериментальной установке с объективом расположенным
|
|
|
- под углом $25^\circ $ над поверхностью и нормировано на
|
|
|
- интенсивность излучения образца №5 в такой же конфигурации. }
|
|
|
+ \textbf{Table \ref{tabExpData}.} Parameters of the samples and experimental data. a) monocrystalline Au, b) the measured value obtained with the lens installed at an angle of $25^\circ $ relative to the substrate surface and normalized over the intensity of the sample 5 emission measured with the same lens installation setup. }
|
|
|
% \textbf{Таблица 1.} Параметры образцов и экспериментальные данные}
|
|
|
\end{table}
|
|
|
|
|
|
-\section{Результаты численного моделирования}
|
|
|
-\KL{
|
|
|
-В предыдущем разделе отмечалось, что при сравнении эффективности
|
|
|
-рождения фотонов под зондом СТМ проводилась нормировка
|
|
|
-регистрируемого сигнала для учета различий в пропускании света
|
|
|
-разными образцами. \commentA { \sout{ Правомерность подобной нормировки может вызывать
|
|
|
-сомнения. Дело в том, что} При этом} пропускание измерялось для случая
|
|
|
-нормального прохождения коллимированного пучка. \commentA {Однако} в случае СТМ эмиссия
|
|
|
-света из туннельного контакта эквивалентна излучению точечного вертикального диполя,
|
|
|
-расположенного в области туннельного зазора~\commentA{[ссылка Андрей? Grefet] }. Более
|
|
|
-того, диполь ориентирован по нормали к поверхности образца, а это
|
|
|
-значит, что он не излучает энергию строго перпендикулярно подложке. \commentA {Нужна ли эта фраза? \sout{Тем не менее в
|
|
|
-эксперименте с нижним расположением объектива (Рис.~\ref{rissetup})
|
|
|
-было зафиксировано оптическое излучение, возникающее при приложении
|
|
|
-напряжения к туннельному контакту}}. Возникает вопрос, каким образом
|
|
|
-излучение попало в объектив \comment {в эксперименте}?
|
|
|
+\section{Numerical modeling results}
|
|
|
+
|
|
|
+As was discussed in the previous section to compare the emission efficiencies of the samples we normalized the measured intensity values considering differences in transparency of the samples. The transmission coefficients were measured at normal incidence of the collimated beam. At the same time, emission in STM tunnel junction is equivalent to emission of a vertical dipole localized in the tunnel gap~\commentA{[ссылка Андрей? Grefet] }. Moreover, in this orientation dipole does not emit light strictly perpendicular to the substrate surface. So how the emission was captured with the lens in experiment?
|
|
|
+
|
|
|
|
|
|
Для моделирования излучения диполя вблизи поверхности независимо были
|
|
|
использованы два метода: метод конечных разностей во временной
|
|
@@ -277,50 +243,6 @@ planarly layered media," J. Opt. Soc. Am. A 33, 698-706
|
|
|
Рис.~\ref{risTransmission}b, они хорошо согласуются как с результатами
|
|
|
моделирования методом T-матриц, так и результатами полученными методом
|
|
|
матриц переноса на Рис.~\ref{risTransmission}a. \comment {А почему не представлены результаты для метода Т-матриц? Может просто написать, что полученные результаты были также подтверждены методом Т-Матриц}
|
|
|
-}
|
|
|
-
|
|
|
-\commentA{ ИСПОЛЬЗОВАТЬ В ОТЧЕТЕ, НО НЕ В СТАТЬЕ:
|
|
|
-\sout{
|
|
|
-В обоих методах диполь был расположен на расстоянии 10~нм от поверхности золота, что значительно больше величины туннельного
|
|
|
-зазора. Это связано с тем, что в каждом методе существуют ограничения,
|
|
|
-которые при дальнейшем уменьшении расстояния между диполем и
|
|
|
-поверхностью делают расчёт чрезвычайно трудоёмким с вычислительной
|
|
|
-точки зрения. Для метода FDTD в использованном программном обеспечении
|
|
|
-отсутствует возможность использования симметрии вращения, поэтому
|
|
|
-пришлось использовать трёхмерную модель. В свою очередь, увеличение
|
|
|
-числа разбиений расчётной сетки $n$ приводит к тому, что объём
|
|
|
-используемой компьютерной памяти растёт как $n^3$. В силу критерия
|
|
|
-Куранта шага по времени необходимо уменьшать пропорционально шагу
|
|
|
-дискретизации в пространстве. В результате, общее время выполнения
|
|
|
-расчёта растёт как $n^4$. Это и ограничивает возможность использования
|
|
|
-сеток с мелким шагом, необходимым для разрешения меньших зазоров между
|
|
|
-диполем и поверхностью.
|
|
|
-}
|
|
|
-}
|
|
|
-
|
|
|
-\commentA{
|
|
|
-
|
|
|
-\sout{В методе T-матриц вначале выполняется разложение поля диполя по
|
|
|
-плоским волнам. Далее выполняется расчёт взаимодействия каждой плоской
|
|
|
-волны со слоистой структурой. Финальный результат определяется
|
|
|
-интегрированием по всем направлениям. В компьютерной программе
|
|
|
-интеграл разложения заменяется на конечную сумму. Когда зазор между
|
|
|
-диполем и поверхностью уменьшается, то требуется увеличивать число
|
|
|
-слагаемых в сумме для достижения сходимости, т.е. когда результат
|
|
|
-перестаёт зависеть от числа слагаемых. Однако большее число меньших
|
|
|
-слагаемых приводит к накоплению ошибок округления при выполнении
|
|
|
-арифметических операций компьютером, и финальный результат перестаёт
|
|
|
-быть устойчивым к малым изменениям входных параметров. Таким образом,
|
|
|
-для получения устойчивых результатов зазор между диполем и
|
|
|
-поверхностью в методе Т-матриц должен быть достаточно большим.}
|
|
|
-
|
|
|
-\sout{С другой стороны выбранный зазор в 10 нм уже достаточно мал, чтобы
|
|
|
-провести сравнительный анализ между образцами с учётом сильного
|
|
|
-ближнепольного взаимодействия диполя и металлических слоёв. В
|
|
|
-частности фактор Парсела для длины волны 500~нм оказался больше 100
|
|
|
-при расчёте обоими методами. При этом для коротких длин волн основная
|
|
|
-доля энергии диполя поглощалась в металлических слоях.}
|
|
|
-}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для корректного сопоставления результатов моделирования с экспериментальными данными учитывался сбор излучения диполя в конечную апертуру объектива. Интересно отметить,
|