Wanneer licht een deeltje tegenkomt, interageert het met het deeltje in plaats van er gewoon soepel doorheen te gaan. De lichtgolven kunnen in verschillende richtingen verstrooid raken vanwege de interacties tussen licht en materie.

Nog intrigerender wordt het op nanoschaal, waar de grootte van de deeltjes vergelijkbaar is met de golflengte van licht. Deze maataanpassing leidt tot enkele speciale effecten. U kunt bijvoorbeeld zien dat kleuren veranderen of dat zich specifieke patronen vormen terwijl het licht zich op verschillende manieren verspreidt.

Multipoolontleding is een krachtig hulpmiddel dat veel wordt gebruikt voor het analyseren van lichtverstrooiing, zowel door een enkel nanodeeltje als door periodieke reeksen nanostructuren. Met deze tool kunnen we de fysica achter ongewoon lichtgedrag verkennen, zoals directionele verstrooiing, perfecte reflectie en transmissie, anapole-effecten en meer. Bovendien kunnen we deze tool gebruiken om nieuwe nanofotonische apparaten te ontwerpen, zoals metasurfaces en plasmonische arrays voor lichtmanipulatie.

Naast symmetrische verstrooiers zoals bollen of cilinders, zijn er doorgaans geen analytische oplossingen voor de elektromagnetische multipolen van onregelmatige verstrooiers. Daarom zijn efficiënte numerieke implementaties van multipoolontleding zeer wenselijk.

Onderzoekers onder leiding van prof. Yuntian Chen van de Huazhong Universiteit voor Wetenschap en Technologie (HUST), China, willen de prestaties van het multipole-ontbindingsprogramma verbeteren. Numerieke integratie speelt een cruciale rol bij decompositie van meerdere polen en kan worden uitgevoerd met behulp van oppervlakte- of volume-integraaltechnieken. De onderzoekers hebben Lebedev- en Gaussiaanse kwadratuurmethoden in het programma geïntroduceerd, waardoor de nauwkeurigheid en efficiëntie van het berekenen van integralen aanzienlijk is verbeterd.

Ze valideerden deze verbetering door middel van verschillende demonstraties, waaronder diëlektrische nanosferen, symmetrische deeltjes en anisotrope nanosferen. Het gebruiksvriendelijke numerieke programma is openbaar toegankelijk op GitHub en is gunstig voor onderzoekers die zich bezighouden met nanofotonica. Het werk, getiteld "Efficiënte en nauwkeurige numerieke projectie van elektromagnetische multipolen voor verstrooiende objecten", werd gepubliceerd in Frontiers of Optoelectronics op 29 december 2023.

Meer informatie: Wenfei Guo et al, Efficiënte en nauwkeurige numerieke projectie van elektromagnetische multipolen voor het verstrooien van objecten, Grenzen van de opto-elektronica (2023). DOI:10.1007/s12200-023-00102-2

Aangeboden door Frontiers Journals