Более ста пятидесяти лет прошло с момента публикации Джеймса Клерка Максвелла «динамическая теория электромагнитного поля» (1865). Что бы наша жизнь без этой публикации? Трудно представить, как этот трактат перевернули наше фундаментальное понимание электрических полей, магнитных полей и света. Двадцать исходных уравнений (ныне элегантно уменьшается на четыре), их граничных условий на межфазных поверхностях, и основная масса электронных реакция (диэлектрическая и магнитная проницаемости ) лежат в основе нашей способности манипулировать электромагнитных полей и света.
Поэтому, интересно, что в нашей жизни без уравнений Максвелла означает стараться представить себе нашу жизнь без самых современных науки, коммуникации и технологии.
На больших (макро) весы, оптом и классические граничные условия являются достаточными для описания электромагнитного отклика материалов, но так как мы рассматриваем явления в меньших масштабах, неклассические эффекты становятся существенными. Традиционную терапию классическая электродинамика не может объяснить сам факт существования таких эффектов, как нелокальность [1], разлив из [2], и поверхность с поддержкой затухания Ландау. Почему этот мощный каркас сломать к наномасштабам [3]? Проблема в том, что электронная длина шкалы лежат в основе неклассических явлений, и они не являются частью классической модели. Электронная длина шкалы можно рассматривать как радиус Бора или шаг решетки в твердых телах: малых масштабах, актуальных для квантовых эффектов в руки.
Сегодня путь для понимания и моделирования наноразмерных электромагнитных явлений, наконец, открыты. В прорыве характер документа «общие теоретические и экспериментальные основы наноразмерных электромагнетизма,» Ян с соавт. представляем модель, которая продлевает срок действия макроскопическая электродинамика в режим нано, сокращение масштаба разрыв. На теоретическую сторону, их основу обобщает граничных условий путем включения электронная длина шкалы в виде так называемых Feibelman д-параметры,.
Д-параметры играют роль, аналогичную диэлектрической проницаемости ε, но для интерфейсов. С точки зрения численного моделирования, все, что нужно сделать, это пара каждые два-материальный интерфейс с соответствующими Feibelman д-параметры и решить уравнения Максвелла с новыми граничными условиями.
На экспериментальной стороне, авторы исследуют фильма-в сочетании nanoresonators, квинтэссенцией многомасштабного архитектуры. Экспериментальной установки был выбран из-за его неклассический характер. Даже так, совсем недавно окончил постдок и ведущий автор Йи Ян комментирует: «когда мы построили наш эксперимент, мы были достаточно удачливы, чтобы работать в правильном геометрии, что позволило нам наблюдать выраженный неклассические черты, которые были на самом деле неожиданно и обрадовало всех. Эти особенности в конечном итоге позволило нам измерить д-параметры, которые сложно рассчитать по некоторым важным плазмонных материалов, таких как золото (как в нашем случае)».
Новые модели и эксперименты являются переломным как для фундаментальной науки, так и для различных приложений. Это делает доселе неизведанную связь между электромагнетизмом, материаловедения и физики конденсированных сред, который может привести к дальнейшим теоретическим и экспериментальным открытиям в смежных областях, включая химию и биологию. Приложения, эта работа указывает на возможность проектирования оптических ответ помимо классического режима, в качестве примера можно изучить, как извлечь больше энергии от излучателей с помощью антенны.
Профессор Массачусетского технологического института Марин Soljačić полон энтузиазма: «мы ожидаем, что эта работа окажет существенное влияние. В рамках представляем открывает новую главу в передовой наноплазмоника — изучение оптических явлений в наноразмерных непосредственной близости от металлических поверхностей … и нанофотоника — поведение света на нанометровой шкале, и для управления взаимодействия нано-объектов с помощью света.»
Примечания:
[1] тот факт, что оптические поля влияют на поляризацию не только в их конкретной точке пространства, но на всю соседних Тома.
[2] доказательства того, что, когда квантовая механика принимается во внимание, электроны не полностью содержится в твердых телах.
[3] ниже 10-20 нм, размер десятки атомов кремния в ряд.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!