Международный коллектив специалистов, в состав которого вошли ученые Сибирского Федерального университета, предложил более простой и многофункциональный метод для моделирования оптических свойств сферических наночастиц. Исследователи прогнозируют использование своего открытия, в частности, в сенсорике, где наночастицы используются в качестве сенсоров, а также в биомедицине — в этой области с помощью нагретых магнитных наночастиц можно будет разрушать злокачественные опухоли. 

Работа опубликована в The Journal of Physical Chemistry C.  

«В физике, электродинамике и оптике существует классическая задача рассеяния электромагнитного излучения предметом шарообразной формы — в данном случае неважно, из какого материала он изготовлен — из металла, керамики и так далее. Наиболее актуальный для нас пример — рассеяние света сферическими частицами. 
С точки зрения физики и математики эта задача давно была решена немецким ученым Густавом Ми, однако ее решение все же представляется сложным и не очень удобным в использовании. Мы значительно упростили предложенные Ми формулировки, использовав вместо тригонометрических функций простые математические формулы, известные каждому выпускнику школы», — сообщил соавтор исследования, постдок Рочестерского Института Оптики Илья Рассказов.

 На рисунке представлено сравнение спектров экстинкции для золотой наночастицы с радиусом 70 нм, рассчитанных с использованием классической теории Ми (зеленая линия) и модернизированного длинноволнового приближения MLWA (фиолетовая линия). Общий вид функциональной формы MLWA также можно увидеть на рисунке / ©Пресс-служба СФУ   
На рисунке представлено сравнение спектров экстинкции для золотой наночастицы с радиусом 70 нм, рассчитанных с использованием классической теории Ми (зеленая линия) и модернизированного длинноволнового приближения MLWA (фиолетовая линия). Общий вид функциональной формы MLWA также можно увидеть на рисунке / ©Пресс-служба СФУ
Ученые рассказали, что на первой стадии предложенного решения сферическая частица рассматривается в статике — допускается, что у нее нет размера, но она реагирует на электромагнитное поле. На следующей ступени частица рассматривается в своей размерности, как имеющая определенный радиус. На третьей стадии исследователи предложили учитывать неоднородное распределения поля внутри «шарика». Итоговая формула отличается высокой точностью и может использоваться физиками-экспериментаторами для решения частных прикладных задач.
 
«Современная жизнь с ее напряженным ритмом требует оптимизации большинства процессов. Густав Ми предложил очень красивое решение проблемы рассеяния света сферическими частицами, оно заслуженно стало классическим и изучается в университетском курсе. Однако наша «упрощенная» формула заметно экономит время и ресурсы, позволяет быстрее производить расчеты.
Это облегчает численное моделирование, обнажает суть происходящих физических процессов без утяжеления формулами из высшей математики. Для такой бурно развивающейся науки, как оптика — это как раз то, что нужно», — отметил сотрудник Международного научно-исследовательского центра спектроскопии и квантовой химии СФУ Вадим Закомирный. 

Исследователи прогнозируют использование своего открытия, в частности, в сенсорике, где наночастицы используются в качестве сенсоров, а также в биомедицине – в этой области с помощью нагретых магнитных наночастиц можно будет разрушать злокачественные опухоли.  

Фото: Ученые предложили простое решение классической задачи электродинамики / ©Getty images

Похожие новости

  • 11/02/2021

    Учёные СФУ обсудили перспективы развития науки с депутатским корпусом

     9 февраля 2021 года победители конкурсов грантов Краевого фонда науки обсудили актуальные научные направления и перспективы развития науки в крае в рамках встречи с председателем Законодательного Собрания Дмитрием Свиридовым и заместителем председателя комитета по образованию, культуре и спорту краевого парламента Виктором Кардашовым.
    570
  • 25/03/2021

    Учёные предложили очищать сточные воды предприятий без использования реагентов

    Российско-китайский коллектив учёных разработал экологичную технологию извлечения частиц тяжёлых металлов из отработанных сточных вод промышленных предприятий. Технология предполагает кавитационное очищение — особый способ переработки воды с помощью «микровзбивания», в результате которого загрязняющие частицы образуют легко удаляющийся осадок.
    407
  • 26/02/2021

    Учёные упростили классическое решение задачи Рассеяния Ми

    Международный коллектив учёных, в состав которого вошли учёные Сибирского Федерального Университета, предложил более простой и многофункциональный метод для моделирования оптических свойств сферических наночастиц.
    712
  • 29/12/2020

    Наталья Гусева: «2020 год потребовал самоотверженности и готовности к переменам»

    ​Директор Инженерной школы природных ресурсов ТПУ Наталья Гусева поделилась результатами, которых достиг коллектив школы в 2020 году, и рассказала о целях и задачах на будущий год.​   Уходящий год стал точкой отсчета новой реальности для всего мира, и, чтобы в нее «встроиться», нам пришлось многое пересмотреть и изменить в своей деятельности.
    1460
  • 01/04/2021

    3D-печать, нейросети и наноматериалы для «Новой медицины»

    ​Нейросети, 3D-печать имплантатов, доставка лекарств с помощью наноматериалов – об этом вы узнаете в заключительной, третьей части обзора уникальных исследований и технологий университетов Проекта 5-100 по направлению «Новая медицина».
    384
  • 10/04/2019

    Красноярские ученые открыли новый материал для белых светодиодов

    ​Российско-китайская группа ученых обнаружила и описала новое соединение для производства белых светодиодов, способных оптимизировать процесс выращивания сельскохозяйственных растений. Статья опубликована в Chemical Engineering Journal.
    1063
  • 27/10/2020

    Новый сенсор в биоаналитике

    ​​Ученые Томского политехнического университета, Университета Глазго (Великобритания) и Университета химии и технологии (Чехия) первыми предложили использовать двухмерный материал — тонкие пленки из теллурида молибдена — в качестве сенсорa в биоаналитике.
    593
  • 12/11/2020

    Митохондриальный геном лиственницы оказался самым большим в мире

    Ученые из России проанализировали митохондриальный геном (митогеном) лиственницы. Оказалось, что он самый большой среди всех известных живых организмов. Митогеном находится в митохондриях — своего рода «энергетических станциях» клеток.
    984
  • 06/08/2020

    Из самой маленькой в мире светящейся молекулы сделали тест на клещевой энцефалит

    ​​Светящийся белок, выделенный из морского рачка Metridia longa, самый маленький из открытых биолюминесцентных ферментов, был впервые использован учеными в тестах на клещевой энцефалит. Одного миллиграмма такого белка может хватить для ста тысяч точных анализов по определению наличия вируса клещевого энцефалита.
    1094
  • 11/02/2021

    Обнаружили новый подход по созданию «наноскальпеля» для хирургии рака

    Сотрудники Сибирского федерального университета (СФУ) с коллегами исследовали нанодиски из никеля с золотым покрытием, способные избирательно повреждать раковые клетки непосредственно в организме человека под воздействием магнитного поля.
    412