Взаимодействие электромагнитного излучения с мелкой металлической частицей цилиндрической формы

• Автор: Завитаев, Эдуард Валерьевич
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 107 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
ГЛАВА 1 Поглощение электромагнитного излучения цилиндрической частицей в случае диффузного рассеяния электронов на её поверхности
1.1 Постановка задачи
1.2 Математическая модель и расчёт
1.3 Поглощение в свободно-электронном режиме
1.4 Обсуждение результатов
ГЛАВА 2 Исследование влияния характера взаимодействия электронов с поверхностью на электромагнитные свойства цилиндрической частицы
2.1 Постановка задачи
2.2 Функция распределения
2.3 Сечение поглощения
2.4 Обсуждение результатов
ГЛАВА 3 Электромагнитные свойства цилиндрической частицы конечной длины
3.1 Постановка задачи
3.2 Сечение поглощения
3.3 Поглощение в свободно-электронном режиме
3.4 Обсуждение результатов
Заключение
Список литературы
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность диссертации
Электромагнитные свойства малых металлических частиц могут существенно отличаться от свойств массивных образцов металла [1]. Если линейный размер Я образца металла будет порядка Л - длины свободного пробега электронов или меньше ее: Я < Л, то взаимодействие электронов с границей металлического образца начинает оказывать заметное влияние на их отклик на внешнее электромагнитное поле. Следствием этого и являются особые оптические свойства образца (металлической частицы). Поэтому, когда выполняется условие Я<Л, одна из основных оптических характеристик - сечение поглощения - обнаруживает нетривиальную зависимость от отношения Я /Л.
При комнатной температуре в металлах с хорошей проводимостью (алюминий, медь, серебро и др.) длина свободного пробега электронов Л лежит в следующих характерных пределах: 10-ь100 нм. Размеры же экспериментально исследуемых частиц достигают нескольких нм, т.е. ситуация Я<А реализуется.
Оптические свойства малых металлических частиц изучаются сравнительно давно. Основные результаты этих исследований довольно полно отражены в имеющихся монографиях [2-5] и монографических обзорах [1,6].
В последнее время интерес к проблеме взаимодействия электромагнитного излучения с малыми металлическими частицами значительно возрос и в связи с рядом технологических приложений. В частности, при создании композитных материалов из несущей нейтральной (не поглощающей) среды и вкраплённых в неё металлических частиц [7].
Для определения электромагнитных свойств таких сред был проведён ряд экспериментов [8-11], которые привели к неожиданным результатам. Оказалось, что поглощение дальнего инфракрасного (ИК) излучения в таких
средах существенно выше (на несколько порядков), чем следует из классической теории [12-14].
Общепринятого объяснения имеющихся экспериментальных данных до сих пор не существует [12, 15], хотя для описания данной аномалии был рассмотрен целый ряд моделей.
Среди исследователей работающих над данной проблемой наиболее популярной является теория, связывающая данное явление с коллективными эффектами в дисперсной системе [16, 17]. Однако и эта теория не в состоянии объяснить весь спектр имеющихся экспериментальных данных [12,18, 19].
Возникшая ситуация делает необходимым тщательное теоретическое изучение электромагнитных свойств малых металлических частиц. Из сказанного выше следует, что для этого нужно уметь описывать отклик электронов проводимости на внешнее электромагнитное поле в образце размером Я при произвольном соотношении между Л и Л (т.е. с учётом взаимодействия электронов с границей образца) [20-22].
В качестве аппарата способного описывать отклик электронов на внешнее электромагнитное поле, с учётом взаимодействия электронов с границей образца, может быть использована стандартная кинетическая теория электронов проводимости в металле [20]. В этом случае ограничения на соотношение между длиной свободного пробега электронов и размером образца не накладываются.
Уравнения макроскопической электродинамики применимы лишь в случае «массивных» образцов: Я »Л. Поэтому известная теория Ми [23], которая описывает взаимодействие электромагнитной волны с металлическими телами в рамках макроскопической электродинамики, непригодна для описания упомянутого размерного эффекта.
Большинство работ о взаимодействии электромагнитного излучения с малыми металлическими частицами посвящено их электрическому дипольному поглощению.

РИСУНОК 1.8 Зависимость безразмерного сечения поглощения Р от безразмерной обратной длины свободного пробега х при фиксированном значении безразмерной частоты у: 1-(у=2) - кинетический расчёт, 3-(у=2) -формула Друде, 2-(у=2) - модифицированная формула Друде.