Взаимодействие электромагнитного излучения с малой металлической частицей сферической формы

• Автор: Моисеев, Иван Олегович
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 91 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Список обозначений
ГЛАВА 1. Анализ распределения тока внутри частицы
1.1 Постановка задачи
1.2 Математическая модель и расчет
1.3 Обсуждение результатов
ГЛАВА 2. Электромагнитное поглощение частицы с учетом от- 37 клонения от закона Видемана-Франца
2.1 Постановка задачи
2.2 Моментный метод
2.3 Математическая модель и расчет
2.4 Обсуждение результатов
ГЛАВА 3. Учёт влияния скин-эффекта на сечение поглощения
3.1 Постановка задачи
3.2 Математическая модель и расчет
3.3 Обсуждение результатов
Заключение
Список литературы

Введение Актуальность диссертации
Электромагнитные, оптические и ряд других характеристик, в зависимости от размера рассматриваемого проводящего объекта, могут иметь существенные отличия. Такие свойства различны у малой металлической частицы и у массивного образца металла [1]. Это обстоятельство вызвано тем, что если линейные размеры Я рассматриваемых объектов сопоставимы с длиной свободного пробега Л электронов [2], то характер взаимодействия носителей заряда с границей образца начинает оказывать значительное влияние на его свойства. В частности, сечение поглощения электромагнитного излучения малой металлической частицей являет собой нетривиальную зависимость от величины Я /А, в отличие от массивных образцов металла.
Изучением свойств малых металлических частиц занимаются сравнительно давно [3, 4], поэтому основные положения и результаты исследований достаточно исчерпывающе освещены в монографиях [З-б] и монографических обзорах [1,7].
Современная технология позволяет получать частицы размером всего несколько нм. У металлов с хорошей проводимостью, таких как алюминий, медь, серебро и прочие, длина свободного пробега электронов составляет величину от десятка до сотен нм. Таким образом, условие Я«А легко достижимо на практике.
Широкий спектр возможностей применения частиц вызывает растущий теоретический интерес и находит отражение в самых разнообразных технических приложениях. Так, при создании композитных материалов используется несущая нейтральная (не поглощающая) среда и вкрапленные в неё металлические частицы [8]. Изменения величины поглощения или отражения поверхностей твердых тел можно добиться

нанесением на них лакокрасочных материалов, содержащих малые металлические частицы. Вводя сверхмалые проводящие частицы внутрь керамической основы, создают специальные радиопоглощающие материалы - керметы. Именно керметы используются для покрытия разнообразных летательных аппаратов технологии «стеле», придавая им способность существенно снизить заметность от радиолокаторов [9, 10]. Методом комбинирования между собой включений проводящих микрочастиц различных типов добиваются получения широкополосных радиопоглощающих покрытий с необходимыми свойствами. Использование электромагнитных свойств малых металлических частиц может найти применение в астрофизике и физике атмосферы [11].
Было проведено большое количество экспериментальных исследований [12 - 22], направленных на определение электромагнитных свойств сред, состоящих из малых проводящих частиц. В ряде работ полученные результаты существенно отличались от предсказываемых классической теорией. Опыты обнаружили величины поглощения дальнего инфракрасного излучения, которые были на несколько порядков выше, чем предсказываемые известными теориями [16 - 22].
Для объяснения подобного характера взаимодействия электромагнитной волны с проводящей частицей были предложены теории, учитывающие различные эффекты. Величина поглощения частицы определяется суммой двух составляющих, связанных с электрической дипольной и магнитной дипольной поляризациями [23]. Авторы ниже представленного ряда работ рассматривали только эффекты, основанные на учете лишь электрического дипольного поглощения.
В некоторых экспериментальных работах исследователи опирались на классические представления теории Ми [24 - 27] для интерпретации наблюдаемых линейных оптических свойств частиц из золота, серебра,

Рисунок 1.11 Зависимость изменения эффективной проводимости от значений коэффициента отражения на примере частицы среднего радиуса (х = 0.1) и высокой частоты (у = 10).