ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Основное внимание в проекте будут уделено исследованию принципиально новых эффектов, связанных с переходными процессами при возбуждении падающей электромагнитной волной в рассеивающей наночастице плазмонных или паляритонных резонансов высокой добротности. В частности, предполагается получение мгновенной пространственной структуры ближнего поля и описание ее временной эволюции. Определение динамики потока энергии через поверхность рассеивающей свет частицы. Определение возможности существования долгоживущих (слабоизлучающих) электромагнитных мод («замороженный свет»). Определение влияния резонансного взаимодействия комплексов пространственно-разделенных наночастиц (метамолекул) при резонансах высокой добротности на временную и пространственную структуру ближнего и дальнего поля. Помимо этого планируется определение влияния размерности пространства на резонансное усиление поля и его динамику (резонансы в частицах из одного и того же материала в одномерной, двумерной и трехмерной геометриях), а также определение возможности резонансного возбуждения и распространения продольных колебаний поля при прохождении света через среду с малыми потерями и близкой к нулю диэлектрической проницаемостью (резонаторы продольных электромагнитных колебаний). Решение последней задачи предполагается с учетом пространственной дисперсии электромагнитных мод. Отдельным пунктом планируется разрешение парадокса о расходимости мультипольного разложения при резонансном рассеянии света бездиссипативным цилиндром со стремящимся к нулю радиусом.
1. Получение мгновенной пространственной структуры ближнего поля и описание ее временной эволюции. 2. Определение динамики потока энергии через поверхность рассеивающей свет частицы. 3. Определение возможности существования долгоживущих (слабоизлучающих) электромагнитных мод («замороженный свет»).
Коллектив, заявляющий проект, имеет серьезный научный задел по тематике данного проекта. В частности, еще в 1984 г. руководителем проекта было отмечено, что в случае, когда диссипативное затухание настолько мало, что преобладающую роль в ограничении амплитуды резонансного рассеяния начинает играть радиационное затухание (высокая добротность резонансов), процесс рассеяния света малыми частицами становится качественно отличен от рэлеевского. В этой же работе были сформулированы количественные критерии, налагаемые на материальные константы задачи и частоту рассеиваемого света, позволяющие наблюдать этот новый тип рассеяния. Эти исследования получили дальнейшее развитие, как в работах самого М.И. Трибельского с соавторами, так и в работах других авторов. Само же явление получило название аномального рассеяния. Было также предсказано аномальное поглощение света, выяснена природа резонансов Фано для парциальных волн, предсказан новый тип резонансов Фано – направленные резонансы Фано и др. Настоящий проект является естественным продолжением этих исследований и обещает получение качественно новых фундаментальных результатов.
1. Исследование структуры ближнего поля при рассеянии света сферической частицей привело нас к вопросу о существовании абсолютного верхнего предела для парциальных сечений поглощения при рассеянии света частицей конечных размеров произвольной формы и с произвольной координатной зависимостью (как гладкой, так и разрывной) ее оптических характеристик. Оказалось, что возможно найти точное аналитическое решение такой задачи, что и было сделано. В частности, математически строго доказано существование абсолютного верхнего предела для величины парциальных сечений поглощения, который вычислен в явном виде. Показано, что указанный предел является достаточно простой универсальной функцией, зависящей только от мультиполярности соответствующей парциальной моды и волнового числа падающей электромагнитной волны. Он не зависит ни от оптических свойств рассеивающей частицы и их координатной зависимости, ни от размеров и формы этой частицы. Доказано, что максимальное парциальное сечение поглощения, для любого конечного объекта не может превышать соответствующее значение для однородной сферы в 3D и кругового цилиндра в 2D. В качестве примера, результаты применяются для максимизации сечения поглощения сферической структуры типа сердцевина-оболочка как при концентрическом, так и эксцентрическом расположении оболочки относительно ядра. По итогам этого исследования написана статья, принятая к публикации в Physical Review Letters. Следует подчеркнуть, что до настоящего времени в теории дифракции существовал единственный строгий результат, справедливый для произвольной рассеивающей частицы – это, так называемая, оптическая теорема, связывающая сечение экстинкции с амплитудой электрического поля волны, рассеянной вперед. Полученный нами результат является еще одним математически строгим результатом, справедливым при рассеянии света произвольным материальным объектом конечных размеров. Постановка рассмотренной задачи является оригинальной и обобщает большое число конкретных частных результатов, полученных в этой области. 2. Предложена схема эксперимента по прямому измерению гигантской концентрации электромагнитного поля, возникающего внутри частиц с большой диэлектрической проницаемостью при резонансном рассеянии ими плоской электромагнитной волны. На основе предложенной схемы успешно проведены и детально объяснены первые прямые экспериментальные измерения этого эффекта Работа опубликована в журнале, входящем в Nature Group (Sci. Rep.) 3. Составлена и оттестирована оригинальная разностная схема для решения уравнений Максвелла, описывающих нестационарную 2D дифракцию электромагнитной волны на объекте конечных размеров. Схема применена для исследования структуры ближнего поля при резонансной дифракции на круговом цилиндре. Показано, что «раскачивание» резонансных колебаний при включении падающей плоской волны и их «высвечивание» при выключении всегда сопровождается качественными изменениями топологической структуры ближнего поля. В качестве примера приведены анимированные графики поля вектора Пойнтинга при дипольном резонансном рассеянии нормально падающей p-поляризованной волны. Изучение этой проблемы планируется продолжить в будущем году. 4. Детально аналитически и численно исследована динамика возбуждения и распада, недавно открытого неизлучающего электромагнитного возбуждения – так называемого анаполя. Показано, что анаполь является существенно неравновесным возбуждением, которое может существовать только на фоне рассеиваемой электромагнитной волны. При любом переходном (нестационарном) процессе анаполь теряет свои неизлучающие свойства и становиться обычной излучающей модой. В частности, это приводит к быстрому радиационному затуханию анаполя на заднем фронте рассеиваемого лазерного импульса. Таким образом, показано, что анаполь не может являться хранилищем «замороженного света», что делает невозможным использование таких мод в элементах оптической компьютерной памяти и аналогичных устройствах. Это исследование является пионерским и, фактически, открывает новую область в оптике ультракоротких лазерных импульсов – нестационарная резонансная дифракция света на субволновых объектах. Соответствующая статья проходит второй тур рецензирования в Physical Review Letters. 5. Написаны и опубликованы обзоры (Опт. Жур. и J. Opt. Tech.) последних результатов в интенсивно развивающейся области резонансного рассеяния света субволновыми диэлектрическими частицами с большим коэффициентом преломления.
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 7 апреля 2017 г.-31 декабря 2017 г. | Особенности рассеяния света нанообъектами в окрестностях плазмонных/поляритонных резонансов высокой добротности |
Результаты этапа: | ||
2 | 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. | Особенности рассеяния света нанообъектами в окрестностях плазмонных/поляритонных резонансов высокой добротности |
Результаты этапа: | ||
3 | 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. | Особенности рассеяния света нанообъектами в окрестностях плазмонных/поляритонных резонансов высокой добротности |
Результаты этапа: |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".