Update on Overleaf.

main.tex

@@ -356,7 +356,7 @@ AIST-NT CombiScope, представляющей собой сканирующи
 фотонов из туннельного контакта. Интенсивность зарегистрированного
 излучения туннельного контакта нормировалась на коэффициент
 пропускания излучения на длине волны 740 нм
-(см. рис.~\ref{risTransmission}a). Эта длина волны была выбрана в
+(см. рис.~\ref{risTransmission}a). Эта длина волны бюыла выбрана в
 качестве референсной на основании на литературных данных о спектрах
 излучения фотонов из туннельного контакта золото-золото под острием СТМ для схожих
 конфигураций эксперимента ~\cite{parzefall2017antenna}.
@@ -365,8 +365,7 @@ AIST-NT CombiScope, представляющей собой сканирующи
 излучения туннельного контакта. Увеличение латерального размера (ширины) зерна пленки золота в целом приводит к увеличению интенсивности излучения, такая же
 закономерность прослеживается при уменьшении средней высоты
 зерна. Наиболее четко зависимость интенсивности излучения проявляется в зависимости
-от параметра, определяющего аспектное отношение высоты к ширине зерен золота
-$A$. При уменьшении аспектного отношения зерна интенсивность излучения
+от параметра, определяющего аспектное $A$ отношение высоты $a$ к ширине $b$ зерен золота. При уменьшении аспектного отношения зерна интенсивность излучения
 от пленок золота увеличивается драматическим образом.
 
 \commentA{Следующий абзац излишне косноязычен, т.е. написан казенным языком.}
@@ -435,28 +434,25 @@ SC$^a$  & - & 300 &$\rightarrow\!\infty$ & $\rightarrow\! 0$& $\rightarrow \! \i
 %        \textbf{Таблица 1.} Параметры образцов и экспериментальные данные}
 \end{table}
 
-\commentA{Пока закончил тут :(}
-
-\KL{
 \section{Результаты численного моделирования}
-
+\KL{
 В предыдущем разделе было отмечено, что для сравнения эффективности
 рождения фотонов под остриём СТМ зонда проводилась нормировка
 регистрируемого сигнала с целью учесть различие в пропускании света
 разными образцами.  Правомерность подобной нормировки может вызывать
 сомнения.  Дело в том, что пропускание измерялось для случая
 нормального прохождения коллимированного пучка, а в случае СТМ эмиссия
-света из туннельного контакта эквивалентна излучению точечного диполя,
-расположенного в середине туннельного зазора~[ссылка Андрей?]. Более
+света из туннельного контакта эквивалентна излучению точечного вертикального диполя,
+расположенного в середине туннельного зазора~\commentA{[ссылка Андрей?]}. Более
 того, диполь ориентирован по нормали к поверхности образца, а это
-значит, что он не излучает энергию строго вниз. Тем не менее в
+значит, что он не излучает энергию строго перпендикулярно подложке. Тем не менее в
 эксперименте с нижним расположением объектива (Рис.~\ref{rissetup})
-было зафиксировано оптическое излучение вызванное приложением
+было зафиксировано оптическое излучение, возникающее при приложении
 напряжения к туннельному контакту. Возникает вопрос, каким образом
 излучение попало в объектив?
 
 Для моделирования излучения диполя вблизи поверхности независимо были
-использованы два метода. Это метод конечных разностей во временной
+использованы два метода: метод конечных разностей во временной
 области [Lumerical FDTD https://www.lumerical.com/] и метод Т-матриц
 [Smuthi http://smuthi.readthedocs.io, Amos Egel, Siegfried
 W. Kettlitz, and Uli Lemmer, "Efficient evaluation of Sommerfeld
@@ -466,9 +462,11 @@ planarly layered media," J. Opt. Soc. Am. A 33, 698-706
 Рис.~\ref{risTransmission}b, они хорошо совпали как с результатами
 моделирования методом T-матриц, так и результатами полученными методом
 матриц переноса на Рис.~\ref{risTransmission}a.
+}
 
-В обоих методах диполь был расположен на расстоянии в 10~нм от
-поверхности золота, что значительно больше величины туннельного
+\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
@@ -480,9 +478,12 @@ planarly layered media," J. Opt. Soc. Am. A 33, 698-706
 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, чтобы разрешить меньшие зазоры между
+сеток с мелким шагом, необходимым для разрешения меньших зазоров между
 диполем и поверхностью.
+}
+}
 
+\commentA{
 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
@@ -503,9 +504,9 @@ planarly layered media," J. Opt. Soc. Am. A 33, 698-706
 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 сопоставления с экспериментальными данными учитывался сбор
-излучения диполя в конечную апертуру объектива. Интересно отметить,
+Для сопоставления результатов моделирования с экспериментальными данными учитывался сбор излучения диполя в конечную апертуру объектива. Интересно отметить,
 что близкие результаты были получены несмотря на то, что в методе
 FDTD расчёт потока энергии вёлся в ближнем поле интегрированием по
 части плоскости, перекрывающей заданную апертуру, а в методе Т-матриц
@@ -514,23 +515,25 @@ FDTD расчёт потока энергии вёлся в ближнем по
 Интерес представляет хорошее соответствие между результатом
 прохождения излучения диполя, расположенного вблизи поверхности, и
 результатом прохождения коллимированного пучка сквозь ту же
-структуру. Хорошо совпали отношения спектров разных образов, абсолютные значения отличаются. 
-Связано это с тем, что в моделировании с дипольным источником учитывается вклад в
-пропускание только для того  излучения, которое попадает в
+структуру. Хорошо совпали отношения спектров разных образов, абсолютные значения отличаются. Связано это с тем, что в моделировании с дипольным источником учитывается вклад в пропускание только для того  излучения, которое попадает в
 апертуру объектива. Это существенно ограничивает набор волновых
 векторов, во внимание принимаются только те волновые вектора, у
 которых доминирует компонента, направленная по нормали к поверхности
-от диполя к объективу, что качественно похоже на прохождение плоской волны. Так как результат расчёта нормируется на спектр излучения диполя в вакууме по всем направлениям, то абсолютные значения получаются меньше, чем для пропускания коллимированного пучка. В результате можно считать, что использованная нормировка интенсивности эмиссии на спектры пропускания оказывается достаточно корректной для относительного сравнения эффективности излучения фотонов в туннельном зазоре.
+от диполя к объективу, что качественно аналогично прохождению плоской волны. Так как результат расчёта нормируется на спектр излучения диполя в вакууме по всем направлениям, то абсолютные значения получаются меньше, чем для пропускания коллимированного пучка. В результате можно считать, что использованная нормировка интенсивности эмиссии на спектры пропускания оказывается достаточно корректной для относительного сравнения эффективности излучения фотонов в туннельном зазоре.
 
+\commentA{В ОТЧЕТ:
+\sout{
 Дополнительно с помощью метода FDTD было промоделировано влияние СТМ зонда
 на спектры пропускания для случая дипольного источника. Относительное
 значение пропускания для всех образцов практически не
-изменилось; приблизительно в 5 раз выросло абсолютное значение. Надо
+изменилось; приблизительно в 5 раз выросло абсолютное значение. Следует
 отметить, что на Рис.~\ref{risTransmission}b поток энергии нормирован на общую
 излучаемую энергию этим же дипольным источником, как если бы тот находился
 в вакууме. Поэтому увеличение значения фактора Парсела, вызванное
 появлением вблизи от диполя ещё одной золотой поверхности,
 естественным образом приводит к увеличению отображаемого значения. 
+}
+}
 
 Особо стоит отметить результаты моделирования спектров, получаемых для
 образца №5 и образа из кристаллического золота при сборе в боковой
@@ -539,105 +542,51 @@ FDTD расчёт потока энергии вёлся в ближнем по
 случаев отличается достаточно слабо (10-30\%). Другими словами
 различие в эффективности вывода излучения из туннельного зазора для
 этих двух образцов не может быть использовано для объяснения различия
-в 9 раз у наблюдаемого сигнала. 
+в 9 раз величин детектируемого оптического сигнала. 
+
 
-}
 
 \section{Обсуждение}
 \KL{
 Одной из интересных особенностей полученных экспериментальных данных
 является большой динамический диапазон интенсивности излучения фотонов
 туннельным зазором. Для одного и того же значения тока, протекающего
-через СТМ зонд, измеренная интенсивность меняется почти на четыре
-порядка величины в зависимости от выбранного образца. В то же время
-параметры образцов, которыми их можно характеризовать отличаются друг
-от друга максимум в несколько раз.
+через СТМ зонд, измеренная интенсивность меняется почти на \emph{четыре
+порядка} в зависимости от образца. В то же время
+параметры образцов, которыми их можно характеризовать, отличаются друг
+от друга лишь в несколько раз.
 
 Особенно интересно сравнивать между собой образцы №3 и №5. Они
 обладают очень похожей средней толщиной золотого покрытия, а из
-приведённых параметров больше всего отличается диаметр зёрен золота,
+приведённых параметров основным отличием является диаметр зёрен золота --
 чуть более чем в два раза. В тоже время, интенсивность излучения
 отличается в $\sim$37 раз.
 
-Основным эффектом, определяющим интенсивность эмиссии фотонов, является протекание туннельного тока. При этом регистрируемое изменение может быть как связано с изменением самого тока, так и с различной эффективностью вывода излучения из туннельного зазора. 
+Основным эффектом, определяющим интенсивность эмиссии фотонов, является протекание туннельного тока. При этом регистрируемое изменение может быть как связано с изменением самого тока, так и с различной эффективностью вывода излучения из туннельного зазора \commentA{(фактором Парселла) [Purcell E. M. Spontaneous emission probabilities at radio frequencies //Confined Electrons and Photons. – Springer, Boston, MA, 1995. – С. 839-839]}. 
 
 Численное моделирование, результаты которого представлены выше, позволяет утверждать следующее:
 \begin{itemize}
-\item Материальные параметры золота с подслоем хрома практически не меняются в зависимости от технологических параметров напыления. Экспериментально измеренные спектры хорошо описываются в широком диапазоне длин волн методом матриц переноса с использованием всего двух подгоночных параметров: толщина слоя золота и толщина подслоя хрома.
-\item Ближнепольные эффекты без учёта шероховатости плёнок не влияют на эмиссию фотонов. Независимые расчёты методом FDTD и методом T-матриц показали, что фактор Парсела для дипольного источника, эквивалентного излучению туннельного тока, слабо меняется в зависимости от образца. У образца №1 c максимальной толщиной и образца кристаллического золота спектральные зависимости фактора Парсела практически идентичны.
-\item Нормировка на спектр пропускания коллимированного является корректной для для сравнения эффективности эмиссии фотонов в туннельном зазоре между различными образцами. Это обусловлено тем, что отношение расчётных спектров пропускания для разных образцов в модели с дипольным источником и учётом апертуры сбора сигнала хорошо совпало с экспериментальными данными.
-\item Корректным является сравнение данных, полученных в геометрии пропускания и  на отражение. Для области спектра, соответствующей эмиссии фотонов туннельным зазором, поток энергии, собираемый в боковую апертуру, слабо отличается для слоистого образца и образца из кристаллического кремния в модели с одинаковой мощностью дипольного источника. 
+\item Материальные параметры золота и подслоя хрома можно считать не зависящими от технологических параметров напыления. Экспериментально измеренные спектры хорошо описываются в широком диапазоне длин волн с использованием в аппроксимации методом матриц переноса всего двух подгоночных параметров — толщин  слоев золота и хрома.
+\item Ближнепольные эффекты (без учёта шероховатости плёнок) не влияют на эмиссию фотонов. Независимые расчёты методом FDTD и методом T-матриц показали, что фактор Парсела для дипольного источника, эквивалентного излучению туннельного тока, слабо меняется в зависимости от образца. У образца №1 c максимальной толщиной и образца кристаллического золота спектральные зависимости фактора Парсела практически идентичны.
+\item \commentA{Тот факт, что спектры пропускания, полученные в эксперименте, хорошо описываются в модели с плоскими интерфейсами металлических пленок, позволяет утверждать, что малая в сравнении с длиной волны света шероховатость образцов не приводит к каким-либо резонансным оптическим явлениям. Поэтому антенные эффекты, приводящие к дополнительному локальному усилению элекромагнитного поля и эффекту Парселла [ссылка на Парселл в туннельных токах], заведомо не дают существенного вклада в исследуемой системе.}
+\item Нормировка величины оптического сигнала на измеренный спектр пропускания является корректной для для сравнения эффективностей эмиссии фотонов в туннельном зазоре между различными образцами. Это обусловлено тем, что отношение расчётных спектров пропускания для разных образцов в модели с дипольным источником и учётом апертуры сбора сигнала хорошо совпало с экспериментальными данными.
+\item Корректным является сравнение (и перенормировка) данных, полученных в геометрии пропускания и на отражение. Для области спектра, соответствующей эмиссии фотонов туннельным зазором, поток энергии, собираемый в боковую апертуру, слабо отличается для слоистого образца и образца из кристаллического кремния в модели с одинаковой мощностью дипольного источника. 
 \end{itemize}
-
-Всё вместе это свидетельствует о том, что различие в интенсивности эмиссии не связано с эффективностью вывода излучения из туннельного зазора, количество фотонов, которое рождается в туннельном зазоре действительно отличается почти на четыре порядка в зависимости от используемого образца.
-
-
 }
 
-\KL{По разговору с Антоном: туннельный ток ограничен током короткого
-  замыкания, который в свою очередь пропорционален площади
-  контакта. Уменьшение размера зёрен увеличивает общую протяжённость
-  границы, т.е. уменьшает площадь контакта. Но это, вероятно, линейный
-  эффект и не столь важно. А вот увеличение шероховатости также
-  уменьшает площадь контакта, но это уже значительно серьезнее. Дело в
-  том что после того, как зонд воткнулся в частицу, общая площадь
-  туннельного контакта будет очень быстро падать в зависимости от
-  радиуса золотого зерна.  
-  
-  hint: Фактор Парсела сильно зависит от расстояния до подложки. Аналогично туннельному контакту, если считать образцы плоскими - он для фиксированного растояния один и тот же. Но на образцах с шероховатостью эффективное расстояние может оказаться разным ( плюс там еще зависит от того эффективного расстояние, которое в итоге получается от обратной связи). Учитывался ли фактор Парсела в статье Суриса?  }
-
-1. Quenching and hot spots \KL{Я бы тему с hot spots и Джоулевы потери
-вообще убрал. То что написано в двух абзаца ниже вообще не
-очевидно. Для золотого шарика первый резонанс на длине волны 700-800нм
-возможен для частиц диаметром более 200 нм, а у нас максимальная
-толщина плёнок <50. Т.е. LPR явно off-resonance, а это значит что в
-таких gold flakes всё поле локализовано снаружи, где потерь нет.}
-2. Red shift due to aspect ratio increase
-3. Crystalline gold: siriously supressed quenching due to islands absence
+\commentA{Всё приведенное выше свидетельствует о том, что различие в интенсивности эмиссии фотонов не связано с эффективностью вывода излучения из туннельного зазора. Таким образом,  количество фотонов, которые рождаются в туннельном зазоре, определяется прежде всего  величиной туннельного тока и отличается почти на четыре порядка в зависимости от исследуемого образца и прежде всего -- его шероховатости.}
 
-Для понимания полученные экспериментальных данных вначале обсудим
-влияние свойств поверхности для тонких не кристаллических пленок. Как
-известно, зерна золота имеют свои локализованные плазмонные резонансы
-[правильная ссыль], при которых наблюдается усиление электромагнитного
-излучения на границах зерен (hot spots). Ввиду наличия слоя золота и
-бианизотропии подложки hot spots в основном локализованы в области
-золотой пленки, а не в воздухе, что приводит к существенному
-поглощению энергии, связанному с оптическими потерями золота и
-Джоулевым нагревом. Понятно, что чем меньше диаметр зерен, тем больше
-плотность hot spots на поверхности золота. Таким образом, увеличение
-диаметра зерна золота должно приводить к уменьшению оптических потерь,
-и как следствие к увеличению интенсивности излучения туннельного
-контакта.
 
-Как показано в работах [...] аспектное отношение для зерен серебра и
-золота влияет на спектральное положение оптических резонансов
-зерен. Увеличение аспектного отношения приводит к смещению данных
-резонансов в длинноволновую область. При этом известно, что мощность
-изучения туннельного контакта увеличивается при увеличении длины волны
-и максимум излучения находится в диапазоне около 750 нм. Таким
-образом, при изменении аспектного отношения зерен меняется перекрытие
-спектра мощности излучения и спектра рассеяния зерен золота, связанных
-с наноантенными эффектами. Таким образом, увеличение аспектного
-отношения зерен золота может приводить к более эффективному перекрытию
-двух явлений и усилению интенсивности излучения туннельного контакта.
+\commentA{
+Как известно, величина туннельного тока экспоненциально зависит от величины  зазора, причем в показателе экспоненты стоит длина затухания волновой функции электрона в изолятор:
+$\kappa^{-1} = [2m(eV_b-\varepsilon_{F})]^{-1/2}$
+[Harrison W. A. Tunneling from an independent-particle point of view //Physical Review. – 1961. – Т. 123. – №. 1. – С. 85.]. Здесь $m$ -- масса электрона, $\varepsilon_{F}$ -- энергия Ферми электрона в проводнике. При этом максимальный ток достигается в случае нулевого зазора, то есть при коротком замыкании. 
 
-И в конце рассмотрим случай кристаллического золота. Можно
-предположить, при переходе к экспериментальной схеме с боковым сбором
-фотонов существенную роль будет играть толщина пленки золота, при
-увеличении которой увеличивается отражение от образца, и как следствие
-вероятность рожденных фотонов быть собранными объективом. Проведенное
-нами численное моделирование (см. саплиментари) показало, что для
-пленок с характерными толщинами 26 нм и 150 нм (5-ый и SC образцы,
-соответственно), усиление фактора Парселла для излучения точечного
-оптического диполя, расположенного в непосредственной близости над
-образцом, и усиление коэффициента отражения фотонов от поверхности
-пленки практически не имеет место (менее 20 процентов). Таким образом
-усиления интенсивности излучения туннельного контакта под острием СТМ
-над кристаллическим золотом связано с отсутствием зерен и как
-следствие hot spots в пленке золота. Другими словами, в
-кристаллическом золоте меньше оптические потери по сравнению с
-зернистыми тонкими пленками, полученными термическим осаждением.
- 
+В работе [Krylov M. V., Suris A. Electron tunneling through layers with statistically rough surfaces //Zh. Eksp. Teor. Fiz. – 1985. – Т. 88. – С. 2204-221.] показано, что туннельный ток (равно как и ток короткого замыкания) между двумя поверхностями прямо пропорционален площади эффективного контакта $S$. В случае, когда одна из поверхностей имеет вид островковой пленки с характерными высотой островка $a$ и полушириной $b$ оказывается, что $S \propto (b / \kappa a)^2 = (\kappa A)^{-2}$. 
+
+Изложенные соображения позволяют с легкостью интерпретировать полученные экспериментальные результаты, приведенные в  Табл.~\ref{tabExpData}. С убыванием аспектного отношения островков $A$ более, чем на порядок (образцы №№ 1-5), наблюдается резкий рост туннельного тока, а вместе с ним -- и интенсивности излучения туннельного контакта более, чем на 2 порядка. В случае же кристаллического золота эффективность излучения ограничена лишь формой кончика зонда. 
+РЕБЯТА! ОЧЕНЬ НУЖЕН SEM ТОГО САМОГО ЗОНДА!!!
+}
 
 
 
@@ -645,17 +594,13 @@ FDTD расчёт потока энергии вёлся в ближнем по
 В работе было проведено исследование эмиссии фотонов из туннельного
 контакта между острием СТМ зонда и пленками золота с различными
 морфологическими особенностями. Показано, что увеличение диаметра
-зерен золота и уменьшению их аспектного отношения приводит к
-существенному увеличению интенсивности излучения туннельного
-контакта. Экспериментальные данные показывают усиление интенсивности
-излучения от кристаллического золота на 3 порядка по сравнению с
-золотой пленкой с неоптимизированными морфологическими
-свойствами. Ухудшение эффективности излучения пленок золота связано с
-наличием зерен малого размера и увеличением оптических потерь.
+зерен золота и уменьшение их высоты приводит к
+существенному (на три порядка) увеличению интенсивности излучения туннельного
+контакта. При переходе к образцы кристаллического золота интенсивность излучения увеличивается еще на порядок. 
 
 Таким образом, эффективность излучения фотонов из туннельного контакта
 может быть увеличена путем изменения морфологии золотой пленки, что
-имеет критическое значения при исследовании обсуждаемого процесса с
+имеет критическое значение при исследовании обсуждаемого процесса с
 учетом его низкой квантовой эффективности. Дальнейшее исследование
 особенностей оптического излучения из туннельного контакта внесет
 весомый вклад в развитие основ для создания элементной базы
@@ -692,4 +637,53 @@ FDTD расчёт потока энергии вёлся в ближнем по
 	
 % \end{thebibliography}
 
-\end{document}
+\end{document}
+
+
+\commentA{НЕВЕРНО:
+\sout{
+1. Quenching and hot spots 
+2. Red shift due to aspect ratio increase
+3. Crystalline gold: siriously supressed quenching due to islands absence
+Для понимания полученные экспериментальных данных вначале обсудим
+влияние свойств поверхности для тонких не кристаллических пленок. Как
+известно, зерна золота имеют свои локализованные плазмонные резонансы
+[правильная ссыль], при которых наблюдается усиление электромагнитного
+излучения на границах зерен (hot spots). Ввиду наличия слоя золота и
+бианизотропии подложки hot spots в основном локализованы в области
+золотой пленки, а не в воздухе, что приводит к существенному
+поглощению энергии, связанному с оптическими потерями золота и
+Джоулевым нагревом. Понятно, что чем меньше диаметр зерен, тем больше
+плотность hot spots на поверхности золота. Таким образом, увеличение
+диаметра зерна золота должно приводить к уменьшению оптических потерь,
+и как следствие к увеличению интенсивности излучения туннельного
+контакта.
+	Как показано в работах [...] аспектное отношение для зерен серебра и
+золота влияет на спектральное положение оптических резонансов
+зерен. Увеличение аспектного отношения приводит к смещению данных
+резонансов в длинноволновую область. При этом известно, что мощность
+изучения туннельного контакта увеличивается при увеличении длины волны
+и максимум излучения находится в диапазоне около 750 нм. Таким
+образом, при изменении аспектного отношения зерен меняется перекрытие
+спектра мощности излучения и спектра рассеяния зерен золота, связанных
+с наноантенными эффектами. Таким образом, увеличение аспектного
+отношения зерен золота может приводить к более эффективному перекрытию
+двух явлений и усилению интенсивности излучения туннельного контакта.
+	И в конце рассмотрим случай кристаллического золота. Можно
+предположить, при переходе к экспериментальной схеме с боковым сбором
+фотонов существенную роль будет играть толщина пленки золота, при
+увеличении которой увеличивается отражение от образца, и как следствие
+вероятность рожденных фотонов быть собранными объективом. Проведенное
+нами численное моделирование (см. саплементари) показало, что для
+пленок с характерными толщинами 26 нм и 150 нм (5-ый и SC образцы,
+соответственно), усиление фактора Парселла для излучения точечного
+оптического диполя, расположенного в непосредственной близости над
+образцом, и усиление коэффициента отражения фотонов от поверхности
+пленки практически не имеет место (менее 20 процентов). Таким образом
+усиления интенсивности излучения туннельного контакта под острием СТМ
+над кристаллическим золотом связано с отсутствием зерен и как
+следствие hot spots в пленке золота. Другими словами, в
+кристаллическом золоте меньше оптические потери по сравнению с
+зернистыми тонкими пленками, полученными термическим осаждением.
+}
+}