Динамический тороидальный диполь
В классической электродинамике динамический тороидальный диполь возникает из-за зависящих от времени токов, текущих в полоидальном направлении на поверхности тора . [1] В релятивистской квантовой механике необходимо спиновые вклады в тороидальный диполь. учитывать [2] Тороидальные дипольные моменты нечетны в условиях симметрии четности и обращения времени . Динамический тороидальный диполь отличается от статического тороидального диполя, введенного Зельдовичем в 1957 году под названием статический анаполь. [3]
Динамические тороидальные мультиполи были теоретически введены в 1970-х годах в контексте полного расширения мультиполей в электродинамике. [3] [4] и их радиационные свойства изучались в ряде теоретических работ. [5] [6] Однако экспериментальное исследование динамических тороидальных мультиполей стало возможным только с развитием искусственных электромагнитных материалов ( метаматериалов ). [7] что привело к первому экспериментальному наблюдению тороидального диполя в 2010 году в решетке микроволновых резонаторов с элементами тороидальной симметрии. [8]
Свойства излучения динамического тороидального диполя в дальней зоне идентичны свойствам обычного электрического диполя . [1] Следовательно, объединение динамического тороидального диполя с электрическим диполем может привести к неизлучающей конфигурации зарядового тока (называемой динамическим анаполем), в которой электромагнитные поля исчезают за пределами источника, тогда как векторный потенциал сохраняется. [9] Неизлучающие анаполи впервые наблюдались экспериментально в 2013 году как пик пропускания структурированной материи на микроволновых частотах. [10] и в 2015 году на оптических длинах волн в наночастицах . [11] Электродинамика динамических тороидальных диполей и анаполей в настоящее время оказывает огромное влияние на исследования в области метаматериалов, наночастиц, плазмоники , сенсоров, лазеров и спектроскопии. [1] [12]
Примечание. Также введена терминология динамических «электрических» и «магнитных» тороидальных мультиполей. Последнее уже является частью стандартного мультипольного разложения в виде среднеквадратичных радиусов магнитных мультиполей. [5]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Папасимакис, Н.; Федотов В.А.; Савинов В.; Рэйбоулд, штат Калифорния; Желудев Н.И. (2016). «Электромагнитные тороидальные возбуждения в веществе и свободном пространстве». Природные материалы . 15 : 263–271. дои : 10.1038/nmat4563 .
- ^ Jump up to: а б Купров И.; Вилковски, Д.; Желудев Н.И. (2022). «Тороидальные оптические переходы в водородоподобных атомах» . Достижения науки . 8 (45): eabq6751. arXiv : 2205.01412 . дои : 10.1126/sciadv.abq6751 .
- ^ Jump up to: а б Дубовик, В.М.; Чешков А.А.; Желудев Н.И. (1974). «Мультипольное расширение в классической и квантовой теории поля и излучения». Советский журнал частиц и ядер . 5 (3): 318–337.
- ^ Дубовик, В.М.; Тосунян, Луизиана; Тугушев, В.В. (1986). «Осевые тороидальные моменты в электродинамике и физике твердого тела». Советская физика — ЖЭТФ . 63 (2): 344–351.
- ^ Jump up to: а б Афанасьев, Г.Н. (1990). «Электромагнитное поле соленоидов с нестационарными токами». Журнал физики A: Математический и общий . 23 : 5755–5764. дои : 10.1088/0305-4470/23/24/017 .
- ^ Радеску, Э.Э.; Ваман, Г. (2002). «Точный расчет потери углового момента, силы отдачи и интенсивности излучения для произвольного источника в терминах электрического, магнитного и тороидального мультиполей». Физический обзор E . 65 (2): 046609. doi : 10.1103/PhysRevE.65.046609 .
- ^ Papasimakis, N.; Fedotov, V. A.; Marinov, K.; Zheludev, N. I. (2009). "Gyrotropy of a metamolecule: wire on a torus". Physical Review Letters . 103 : 093901. arXiv : 0810.3539 . doi : 10.1103/PhysRevLett.103.093901 .
- ^ Кельберер, Т.; Федотов В.А.; Папасимакис, Н.; Цай, ДП; Желудев Н.И. (2010). «Тороидальный диполярный отклик в метаматериале» . Наука . 330 : 1510–1512. дои : 10.1126/science.1197172 .
- ^ Афанасьев Г.Н.; Степановский Ю.П. (1995). «Электромагнитное поле элементарных нестационарных тороидальных источников». Журнал физики A: Математический и общий . 28 : 4565–4580. дои : 10.1088/0305-4470/28/16/014 .
- ^ Федотов В.А.; Рогачева А.В.; Савинов В.; Цай, ДП; Желудев Н.И. (2013). «Резонансная прозрачность и нетривиальные неизлучающие возбуждения в тороидальных метаматериалах» . Научные отчеты . 3 : 2967. arXiv : 1211.3840 . дои : 10.1038/srep02967 .
- ^ Miroshnichenko, A. E.; Evlyukhin, A. B.; Yu, Y. F.; Bakker, R. M.; Chipouline, A.; Kuznetsov, A. I.; Luk’yanchuk, B.; Chichkov, B. N.; Kivshar, Y. S. (2015). "Nonradiating anapole modes in dielectric nanoparticles" . Nature Communications . 6 : 8069. doi : 10.1038/ncomms9069 . hdl : 1885/15019 .
- ^ Желудев Н.И.; Вилковски, Д. (2023). «Рост тороидальной электродинамики и спектроскопии» . АСУ Фотоника . 10 : 556. doi : 10.1021/acsphotonics.2c01953 . ПМК 10021009 .