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.
    373
  • 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.
    246
  • 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.
    546
  • 30/03/2021

    Модифицированные наноалмазы смогут доставлять гормональные лекарства в организм человека

     Ученые модифицировали наноалмазы — носители лекарственных препаратов, чтобы продлить время выхода и терапевтического действия лекарств. Действие наночастиц опробовано на кортикостероидах — гормональных лекарства, применяемых для лечения ряда заболеваний.
    251
  • 08/04/2021

    Ученые Красноярского научного центра СО РАН расскажут школьникам про профессии будущего и первые шаги в науку

    Краевой фонд науки подвел итоги конкурса по организации проведения мероприятий по профессиональной ориентации молодежи. Два проекта ученых КНЦ СО РАН, нацеленных на привлечение школьников в науку, получили поддержку фонда.
    192
  • 10/03/2021

    Изучение планктона цифровой голографической камерой поможет экологии

    Ученые лаборатории радиофизических и оптических методов изучения окружающей среды РФФ ТГУ нашли способ определять загрязнения водоемов по планктону. Основной инструмент – цифровая голографическая камера.
    269
  • 08/04/2021

    «Хочу разобраться, как все устроено»

    ​​Считается, что сегодня, в эпоху все более узкой специализации,  быть ученым-энциклопедистом невозможно. Однако молодой красноярский ученый Роман Морячков опровергает это досужее мнение. Спектр интересов младшего научного сотрудника института физики имени Л.
    157
  • 26/10/2020

    Изучен комплекс лактатдегидрогеназы с оксидом железа

    ​Учёные исследовали свойства соединения фермента лактатдегидрогеназы с наночастицами оксидов металлов. Оказалось, что добавление металла делает белок устойчивее к повышенной температуре. Эти результаты важны для решения широкого спектра биохимических, биологических, фармакологических или клинических задач.
    379
  • 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.
    936
  • 01/12/2020

    IV Российско-Корейский «День науки»

    ​2 и 3 декабря 2020 года состоится IV Российско-Корейский «День науки», в рамках которого будут обсуждаться вопросы нейронаук, искусственного интеллекта, вирусологии, эпидемиологии и иммунологии.  Организаторы Дней науки Российская академия наук, Российский фонд фундаментальных исследований, а также Корейско-Российский центр сотрудничества по науке и технологиям KORUSTEC и Национальный исследовательский фонд Кореи информируют, что прямая трансляция предстоящих мероприятий будет вестись на канале YouTube.
    800