Международный коллектив специалистов, в состав которого вошли ученые Сибирского Федерального университета, предложил более простой и многофункциональный метод для моделирования оптических свойств сферических наночастиц. Исследователи прогнозируют использование своего открытия, в частности, в сенсорике, где наночастицы используются в качестве сенсоров, а также в биомедицине — в этой области с помощью нагретых магнитных наночастиц можно будет разрушать злокачественные опухоли.
СФУ
# оптика
# статика
# сферические частицы
# уравнение Ми
# электродинамика
Ученые предложили простое решение классической задачи электродинамики / ©Getty images
Работа опубликована в The Journal of Physical Chemistry C. «В физике, электродинамике и оптике существует классическая задача рассеяния электромагнитного излучения предметом шарообразной формы — в данном случае неважно, из какого материала он изготовлен — из металла, керамики и так далее. Наиболее актуальный для нас пример — рассеяние света сферическими частицами.
С точки зрения физики и математики эта задача давно была решена немецким ученым Густавом Ми, однако ее решение все же представляется сложным и не очень удобным в использовании. Мы значительно упростили предложенные Ми формулировки, использовав вместо тригонометрических функций простые математические формулы, известные каждому выпускнику школы», — сообщил соавтор исследования, постдок Рочестерского Института Оптики Илья Рассказов.
На рисунке представлено сравнение спектров экстинкции для золотой наночастицы с радиусом 70 нм, рассчитанных с использованием классической теории Ми (зеленая линия) и модернизированного длинноволнового приближения MLWA (фиолетовая линия). Общий вид функциональной формы MLWA также можно увидеть на рисунке / ©Пресс-служба СФУ
Ученые рассказали, что на первой стадии предложенного решения сферическая частица рассматривается в статике — допускается, что у нее нет размера, но она реагирует на электромагнитное поле. На следующей ступени частица рассматривается в своей размерности, как имеющая определенный радиус. На третьей стадии исследователи предложили учитывать неоднородное распределения поля внутри «шарика». Итоговая формула отличается высокой точностью и может использоваться физиками-экспериментаторами для решения частных прикладных задач.
«Современная жизнь с ее напряженным ритмом требует оптимизации большинства процессов. Густав Ми предложил очень красивое решение проблемы рассеяния света сферическими частицами, оно заслуженно стало классическим и изучается в университетском курсе. Однако наша «упрощенная» формула заметно экономит время и ресурсы, позволяет быстрее производить расчеты.
Это облегчает численное моделирование, обнажает суть происходящих физических процессов без утяжеления формулами из высшей математики. Для такой бурно развивающейся науки, как оптика — это как раз то, что нужно», — отметил сотрудник Международного научно-исследовательского центра спектроскопии и квантовой химии СФУ Вадим Закомирный.
Исследователи прогнозируют использование своего открытия, в частности, в сенсорике, где наночастицы используются в качестве сенсоров, а также в биомедицине – в этой области с помощью нагретых магнитных наночастиц можно будет разрушать злокачественные опухоли.
Источник: