마이크로/나노 구조의 광물성과 자성에 대한 이론과 실험 연구

Abstract

최근 수년간, 고도의 나노 제작기술을 바탕으로 여러 가지 마이크로/나노 구조가 제작되었고 마이크로/나노 구조의 광학 및 자기 특성에 대한 많은 연구결과가 발표되었다. 이 학위 논문에서는 마이크로/나노 주기 구조의 광학적 특성, 자성과 광자기 효과에 관해 이론적 계산을 실험적 연구와 병행하여 수행하였다. 다층 및 평면 주기 구조의 제작과 그에 따른 광학, 자성 그리고 광자기 효과의 측정 방법에 관한 설명을 시작으로 TMM (transfer-matrix method)과 RCWA (rigorous-coupled wave analysis) 이론을 다층 및 평면 주기 구조에 응용하는 방법을 기술하였고 또한 회절 광자기 효과를 정량적으로 분석할 수 있는 방법도 제시하였다. 위에서 얻어진 이론적 방법과 실험을 토대로 1차원 스핀 광자결정, 금속구조의 EOT (extraordinary optical transmission), 이방성 주기구조에서의 광자기 효과의 증대 그리고 회절 광자기 Kerr효과를 분석하였다. 위의 구조물들은 성분, 구조, 메카니즘 등이 다르지만 주기성, 제작 및 분석 방법 그리고 Maxwell 방정식에 의거한 해석이라는 특징을 공유하고 있다. 마지막으로, 주기적 마이크로/나노 구조와 이 분야의 전망에 대하여 개괄하였, 본 연구 결과에 근거한 실험과 이론 방법은 다양한 마이크로/나노 주기 구조를 심도있게 이해하는 데 응용될 수 있음을 확인하였다.; For a decade, various micro/nanostructures have been investigated for the optical and the magnetic properties, owing to the development of advanced fabrication techniques. In this dissertation, I was devoted to study the optical, the magnetic, and the magneto-optical (MO) effects of micro/nanostructures theoretically and experimentally. I start with describing the experimental approaches used for the fabrication and the characterization in my work, which cover the preparation of the multilayered and the planar periodic structures as well as the measurement of the optical, the magnetic, and the MO effects. Next, I present the theoretical approaches applied to the multilayered and the planar periodic structures, such as the transfer-matrix method and the rigorous coupled-wave analysis. I also introduce a method which works for the qualitative analysis of diffracted MO effect. I then shift my attention to make use of these experimental and theoretical approaches to analyze my measurements. The investigation covers the one-dimensional photonic crystals (including magneto-photonic crystals), the extraordinary optical transmission in the metallic structures, the MO enhancement through the gyrotropic structures, and the diffracted MO Kerr effect. Even though they are distinct in the composites, the geometry, and the mechanism, etc., they have common in periodicity, the approaches of fabrication and characterization, the theoretical models, and so forth. Finally, I summarize my work on periodic micro/nanostructures and prospect in this field. Based on the knowledge that I obtained from this work, the experimental and the theoretical approaches might be extended to explore the remaining area in depth.