دانلود رایگان ترجمه مقاله تئوری چند قطبی الکترومغناطیسی برای نانومواد نوری– ۲۰۱۲

مقالات انگلیسی و ترجمه های فارسی رایگان با فرمت PDF آماده دانلود رایگان میباشند

همچنین ترجمه مقاله با فرمت ورد نیز قابل خریداری و دانلود میباشد

مقاله انگلیسی رایگان (PDF)

ترجمه فارسی رایگان (PDF)

خرید ترجمه با فرمت ورد

فهرست مقاله:

چکیده
۱- مقدمه
۲- انبساط چند قطبی میدان پر اکنده
۳- انبساط چند قطبی تر اکم جریان الکتریکی
۴- نتیجه گیری

بخشی از ترجمه فارسی مقاله:

خواص نوری مواد طبیعی یا طر احی شده با گشتاورهای چند قطبی الکترومغناطیسی تعیین می شود به طوری که نور می تواند در ذرات تشکیل دهنده بر انگیخته شود. در این مطالعه، ما یک رویکردی ر ا بر ای محاسبه بر انگیختگی های چند قطبی در آرایشات دلخواه نانولنزها در محیط میزبان دی الکتریک ارایه می کنیم. ما به معرفی تجزیه چند قطبی گویا و ساده جریان های الکتریکی بر انگیخته شده در پراکنده سازها پرداخته و این تجزیه را به توسعه چند قطبی کلاسیک میدان پراش مرتبط می کند. به طور ویژه، نتایج نشان داد که چند قطبی های مختلف قادر به تولید میدان های پراکنده مشابه است. تئوری چند قطبی ارایه شده می تواند مبنایی برای طراحی و تعیین نانومواد نوری باشد.

۱- مقدمه
انبساط چند قطبی الکترومغناطیس کلاسیک(۱) یک ابزار قوی بر ای تحلیل میدان ها ی الکتریکی و مغناطیسی ایجاد شده با بار ها و جریان ها ی الکتریکی محلی می باشد.صرف نظر ا ز پیچیدگی توزیع بار و جریان، میدان ها ی تولید شده توسط آن ها ر ا می توان به صورت برهم نهی میدان ها ی ایجاد شده با یک مجموعه متناظر ا ز چند قطبی ها ی نقطه ای نشان داد. این ارتباط یک مبنایی ر ایج بر ای تعیین و شناسایی میدان ها ی اشعه دهی شده با بر انگیختگی ها ی جریان و بار محلی د ر پیکر بندی ها ی دلخواه است.
د ر فر ایند ها ی نوری، انبساط چند قطبی بر ای توصیف پر اکندگی میدان ها ی نوری توسط اشیای کوچک مناسب است. معمولا، د ر صورتی که طول موج میدان د ر مقایسه با اندا زه شی بزرگ باشد پر اکندگی عمدتا با چند قطبی با کم ترین مرتبه، دو قطبی الکتریکی توصیف می شود و این د ر حالی است که نقش همه چند قطبی ها ی مرتبه بالاتر به عنوان اختلالات بیشتر د ر نظر گرفته می شود. اخیر ا، نشان داده شده است که د ر نانومواد نوری(۲) نظیر متامواد، سهم دو قطبی مغناطیسی(۳) و بر انگیختگی چهار قطبی الکتریکی به پر اکندگی با اجزای مواد می تواند معنی دار باشد که به شدت بر خواص نوری مواد اثر داشته و منجر به پدیده ها ی خارق العاده نظیر انکسار منفی می شود(۵). د ر مواد خاص، چند قطبی ها ی مرتبه بالاتر بر سهم دو قطبی الکتریکی سایه افکنده اند(۶). ا ز این روی بدیهی است که چند قطبی ها ی مرتبه بالاتر د د ر زمان ارزیابی ویژگی ها ی الکترومغناطیسی این مواد د ر نظر کرفته می شوند(۷).
به منظور ایجاد و تولید یک ماده با خواص نوری توصیف شده، بایستی یک واحد اولیه ماده( موسوم به متا اتم) ر ا انتخاب و ویژگی ها ی پر اکندگی آن ر ا ا ز طریق تعدیل طر احی بهینه سا زی کرد. بر ای یک ذره فردی، این کار ر ا می توان با حل عددی معادلات مکس ول بر ای میدان پر اکنده و استفاده ا ز انبساط چند قطبی بر ای تعیین چند قطبی د ر پر اکندگی انجام داد(۸). با این حال د ر یک ماده متشکل ا ز تعداد زیادی ا ز واحد ها ی اولیه، هر ذره با میدان ها ی پر اکنده شده با سایر ذر ات تعامل دارد و این به طور معنی دار موجب اصلاح و تغییر معنی دار د ر بزرگی و فا ز ها ی چند قطبی ها ی بر انگیخته می شود. چون د ر هر نقطه د ر مواد میدان یک برهم نهی ای است که دار ای میدان ها ی پر اکنده با همه ذر ات است و هر رویکرد بر ای ذر ات فردی دیگر نمی تواند مورد استفاده قر ار گیرد و امکان انجام تجزیه چند قطبی در جریان الکتریکی بر انگیخته د ر هر یک از ذرات ر ا می دهد. این تجزیه تنها بر ای یک توزیع جریان الکتریکی در خلاء معرفی شده است(۱) و ا ز این روی یک تئوری چند قطبی بر ای تحلیل نانومواد د ر یک محیط میزبان دی الکتریک همکن استفاده می شود. د ر این مطالعه، ما این تئوری ر ا معرفی می کنیم. رویکرد انبساط چند قطبی بر ای پیاده سا زی عددی مستقیم مناسب است
شکل هندسی عامل پر اکننده کننده تعیین کننده نوع حالت ها ی جریان الکتریکی می باشند که توسط نور بر انگیخته می شود. بر ای توصیف این روش ها، یک مجموعه ا ز چند قطبی ها ی جریان الکتریکی متعامد ر ا پینشهاد می کنیم که متشکل ا ز جریان ها ی نقطه ای اولیه د ر پیکر بندی ها ی ساده است. هر عنصر مربوط به تانسور چند قطبی جریان حاصله منعکس کننده مقاومت این پیکر بندی ها است که امکان ترسیم حالت ها ی جریان الکتریکی واقعی بر انگیخته شده ر ا می دهد. ما تئوری خود ر ا با مشتق کردن معادلاتی که عنصر تانسور چند قطبی جریان الکتریکی ر ا به ضر ایب انبساط چند قطبی کلاسیک ربط می دهد کامل می کنیم. به خصوص، این عبارت ها و معادلات موارد زیر ر ا نشان می دهد۱- حالت ها ی چند قطبی تیره که موجب ایجاد میدان الکترومغناطیسی نمی شود ۲- اشعه دو قطبی الکتریکی تولید شده توسط جریان ها ی الکتریکی با گشتاور دو قطبی الکتریکی صفر . این یافته هاف ا زادی بیشتری ر ا به ما د ر خصوص انتخاب هندسه ذر ات ار ایه می کند.
د ر بخش دوم، انبساط چند قطبی کلاسیک بر ای توصیف میدان الکترومغناطیسی پر اکنده شده با نانوذر ات و طیف ها ی نانوذر ات موجود د ر محیط میزبان دی الکتریک تعدیل می شود. د ر بخش سوم، ضر ایب انبساط چند قطبی با میدان ها ی الکترومغناطیسی با مجموعه ای ا ز عناصر جریان طول موج نقشه یابی می شوند. روابط نقشه یابی صریح تا چندین مرتبه هشت وجهی الکتریکی و چهار قطبی مغناطیسی ایجاد شده و مرتبه ها ی سومین مرتبه ر ا د ر سلسله مر اتب چند قطبی توصیف می کند. د ر بخش۴، ما خلاصه ای ا ز نتایج ر ا ار ایه می کنیم.

بخشی از مقاله انگلیسی:

۱٫ Introduction

The classical electromagnetic multipole expansion [1] is a powerful tool for analyzing the electric and magnetic fields created by spatially localized electric charges and currents. Irrespective of the complexity of the charge and current distributions, the fields produced by them can be represented as a superposition of the fields created by a corresponding set of point multipoles. This correspondence provides a common basis for characterizing the fields radiated by localized charge and current excitations in arbitrary configurations. In optics, the multipole expansion is well suited to describe the scattering of optical fields by small objects. Usually, if the wavelength of the field is large compared to the size of the object, the scattering is described mainly by the lowestorder multipole, the electric dipole, while the contributions from all higher-order multipoles are considered as mere perturbations. Recently, it has been shown that in specifically designed optical nanomaterials [2], such as metamaterials, the contribution of the magnetic dipole [3] and the electric quadrupole [4] excitation to the scattering by the material’s constituents can be made significant, which substantially affects the optical properties of the material and lead to extraordinary phenomena, such as negative refraction [5]. In certain materials, higher-order multipoles can even completely overshadow the electric dipole contribution [6]. Thus, it is clear that higher-order multipoles have to be taken into account when evaluating the macroscopic electromagnetic characteristics of such materials [7]. In order to create a material with prescribed optical properties, one should select the elementary unit of the material (often called the meta-atom) and optimize its scattering characteristics through adjusting the design. For an individual particle this can be done by numerically solving the Maxwell equations for the scattered field and applying the multipole expansion to determine the multipoles contributing to the scattering [8]. However, in a material composed of a large number of such elementary units, each particle interacts with the fields scattered by the other particles, which can significantly modify the amplitudes and phases of the excited multipoles. Since at each point in the material the field is a superposition that contains the fields scattered by all the particles, the approach developed for individual particles [8] can no longer be used, and one should perform the multipole decomposition on the excited electric currents in each of the particles individually. Previously, this decomposition has been introduced only for a single localized electric current distribution in vacuum [1] and, therefore, a multipole theory suitable for analysis of nanoscatterers in an array and in an arbitrary homogeneous dielectric host medium was missing. In this work, we introduce such a theory. Our multipole expansion approach is particularly suitable for direct numerical implementation. The geometry of the scatterer determines the types of electric current modes that can be excited in it by light. For the description of these modes, we propose a set of orthogonal electric current multipoles, which are composed of elementary point currents in simple configurations. Each element of the resulting current multipole tensor reflects the strength of one of these configurations, which enables one to visualize the real electric current modes that will be excited in a scatterer. We complete our theory by deriving expressions that relate the elements of the proposed electric current multipole tensor to the classical multipole expansion coefficients. In particular, these expressions reveal i) perfectly dark multipole modes that do not create any electromagnetic field, and ii) electric dipole radiation produced by electric currents with zero net electric dipole moment. These findings provide us with additional freedom in the choice of the particle geometry. In section 2, the classical multipole expansion is adjusted to describe the electromagnetic field scattered by individual nanoparticles and nanoparticle arrays embedded in a dielectric host medium. In section 3, we map the coefficients in the multipole expansion to the electromagnetic fields created by sets of sub-wavelength current elements. Explicit mapping relations are derived up to the orders of electric octupole and magnetic quadrupole, which both describe third-order excitations in the multipole hierarchy [9]. In section 4, we summarize our results.