Ученые предложили простое решение классической задачи электродинамики — Naked Science
24 февраля
СФУ

Ученые предложили простое решение классической задачи электродинамики

4.6

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.

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. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сибирский федеральный университет — высшее учебное заведение, расположенное в Красноярске. Первый в России федеральный университет. Крупный научно-исследовательский и образовательный центр в России. Крупнейший университет восточной части России.
Сегодня, 09:16
Александр Березин

СМИ всего мира принялись рассказывать, что новые штаммы возникли из-за ослабления ограничений, снятия масок, а то и под воздействием вакцин. Якобы те оказали эволюционное давление, заставляющее вирус обходить вакцинную защиту. Увы, реальная биология указывает на совсем иную — и более устрашающую — картину. Разбираемся в деталях.

Сегодня, 13:03
Мария Азарова

Исследование микробиома кишечника, проведенное японскими и американскими учеными, предоставляет один из потенциальных ключей к долголетию и лечению бактериальных инфекций.

31 июля
Василий Парфенов

Изучение загадочной короны черной дыры, образованной рентгеновским излучением, преподнесло интересное открытие. Космические телескопы XMM-Newton и NuSTAR смогли «увидеть» свет, отраженный веществом сразу позади невероятно массивного объекта. И хотя это очередной раз подтверждает общую теорию относительности, про основной объект исследований ученые почти не получили новых данных.

27 июля
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

28 июля
Мария Азарова

Член Северо-Западной организации Федерации космонавтики России Александр Хохлов рассказал о проблемах, сопровождающих модуль «Наука» на пути к МКС, и объяснил, почему на долгожданную стыковку будет всего одна попытка.

26 июля
Илья Ведмеденко

Египтяне провели учения, на которых французский истребитель Rafale одолел российский Су-35. Оба самолета принадлежат к четвертому поколению.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: