Et effektivt numerisk program til at studere lysspredning på nanoskala

Når lys møder en partikel, interagerer det med partiklen i stedet for bare at passere jævnt igennem. Lysbølgerne kan blive spredt i forskellige retninger på grund af lys-stof-interaktionerne.

Ting bliver endnu mere spændende på nanoskalaen, hvor størrelsen af ​​partiklerne kan sammenlignes med lysets bølgelængde. Denne størrelsesmatchning fører til nogle specielle effekter. For eksempel kan du observere farver, der ændrer sig, eller specifikke mønstre dannes, når lyset spredes på forskellige måder.

Multipol-nedbrydning er et kraftfuldt værktøj, der i vid udstrækning anvendes til at analysere lysspredning, både af en enkelt nanopartikel og af periodiske arrays af nanostrukturer. Dette værktøj giver os mulighed for at udforske fysikken bag usædvanlig lysadfærd som retningsbestemt spredning, perfekt refleksion og transmission, anapoleffekter og mere. Derudover kan vi bruge dette værktøj til at designe nye nanofotoniske enheder såsom metasurfaces og plasmoniske arrays til lysmanipulation.

Ud over symmetriske scatterere som kugler eller cylindre, er der typisk ingen analytiske løsninger til de elektromagnetiske multipoler af uregelmæssige scatterere. Derfor er effektive numeriske implementeringer af multipolnedbrydning yderst ønskelige.

Forskere ledet af prof. Yuntian Chen ved Huazhong Universitet for Videnskab og Teknologi (HUST), Kina, sigter mod at forbedre ydeevnen af ​​multipol-nedbrydningsprogrammet. Numerisk integration spiller en afgørende rolle i multipolnedbrydning og kan udføres ved brug af overflade- eller volumenintegralteknikker. Forskerne har introduceret Lebedev og Gaussiske kvadraturmetoder i programmet, hvilket væsentligt forbedrer nøjagtigheden og effektiviteten af ​​beregning af integraler.

De validerede denne forbedring gennem adskillige demonstrationer, herunder dielektriske nanosfærer, symmetriske partikler og anisotrope nanosfærer. Det brugervenlige numeriske program er offentligt tilgængeligt på GitHub og gavnligt for forskere, der arbejder med nanofotonik. Værket, med titlen "Effektiv og nøjagtig numerisk projektion af elektromagnetiske multipoler til spredning af objekter," blev udgivet i Frontiers of Optoelectronics den 29. december 2023.

Flere oplysninger: Wenfei Guo et al., Effektiv og nøjagtig numerisk projektion af elektromagnetiske multipoler til spredning af objekter, Optoelektronikkens grænser (2023). DOI:10.1007/s12200-023-00102-2

Leveret af Frontiers Journals