Регистрация / Вход
Прислать материал

Возбуждение тороидного отклика в диэлектрических метамолекулах. In-situ эксперименты.

Фамилия
Стенищев
Имя
Иван
Отчество
Владимирович
Номинация
Материаловедение
Институт
Новых материалов и нанотехнологий (ИНМиН)
Кафедра
Теоретической физики и квантовых технологий
Академическая группа
мфз-16-2-2
Научный руководитель
к.т.н., доц. Башарин А.А.
Название тезиса
Возбуждение тороидного отклика в диэлектрических метамолекулах. In-situ эксперименты.
Тезис

Тороидный дипольный момент впервые предложен Зельдовичем в 1957 году, для описания ядерных взаимодействий в атомном ядре. Тороидный момент, не включенный в стандартное мультипольное разложение, возникает в случае замыкания магнитных моментов в окружность.

В работе мы исследуем метамолекулу (рисунок 1), в которой располагается 4 цилиндра, заполняются дистиллированной водой. Особенность такого метаматериала в том, что каждая ячейка структуры позволяет возбудить тороидный дипольный момент в некотором диапазоне частот благодаря уникальной топологии метамолекулы. Использование воды позволило исследовать электромагнитное поле не только вблизи структуры, но и получить результат непосредственно внутри структурных составляющих.

Рисунок 1 - Модель метамолекулы

На одной из частот моделирование показало распределение электромагнитных полей, напоминающее тороидную моду, то есть электрическое поле, образованное токами смещения, имеет максимум напряженности в центре кластера. Магнитное поле, образованное магнитными моментами имеет максимумы в центре каждого метаатома, замыкается в каждой метамолекуле и напоминает замкнутый вихрь, пронизывающий каждый цилиндр. Последующее мультипольное разложение подтвердило доминирующую энергию тороидного мультиполя.

Небольшое частотное расхождение экспериментальных данных (рис. 2 c,d) с результатом моделирования(рис 2 a,b) связано в первую очередь с трубками, характеристики которых неизвестны. Полученные экспериментальные результаты совпадают с хорошей точностью с теоретическими.

Рисунок 2 - распределение электромагнитных полей

Отметим, что мы впервые продемонстрировали тороидный момент как теоретически, так и экспериментально. Измерив поля не только вблизи кластера, но и внутри диэлектрической среды, тем самым подтвердив теорию Максвелла и Густава Ми. Мы получили сильно локализованные электромагнитные поля в такой, казалось бы, простой структуре с водой. А это позволит использовать материал для прототипирования различных устройств. Следующим нашим шагом будет переход в диапазоны с более короткими длинами волн, например, оптический, и использовать такую топологию материала для усиления флюоресценции биологических объектов.