(۴-۱۹)
از طرفی اگر بتوان میدان الکتریکی پراکنده شده را به صورت رابطه (۴-۱۸) نوشت، آنگاه سطح مقطعهای پراکندگی و خاموشی به صورت زیر تعریف میشوند [۷۹]:
(۴-۲۰)
(۴-۲۱)
اگر از رابطه (۴-۱۹)، Xرا در دو رابطه بالا جایگزین کنیم، به روابط زیر برای سطح مقطعهای پراکندگی و خاموشی میرسیم:
(۴-۲۲)
(۴-۲۳)
با بهره گرفتن از این روابط و محاسبه قطبشپذیری برای هر ذره میتوان طیف خاموشی را به دست آورد و آن را مورد بررسی قرار داد. در ادامه این محاسبه برای نانوذره کروی، نانومیله و نانومکعب انجام خواهد شد.
۴-۲-۲- تئوری سطح مقطع نوری برای پراکندگی امواج الکترومغناطیسی:
در ابتدای قسمت (۴-۲) درباره سطح مقطعهای جذب، پراکندگی و خاموشی به طور کلی صحبت کردیم. در این قسمت نیز یک تئوری متناظر، برای امواج الکترومغناطیسی بیان میکنیم.
شکل (۴-۱) برخورد یک موج تخت به یک هدف دلخواه را نشان میدهد.
شکل ۴- ۱: شکل شماتیک برخورد موج الکترومغناطیسی به هدف و میدان پراکنده شده در سطح کره فرضی به شعاع r
میدان در هر نقطه اطراف این هدف را میتوان به صورت زیر بیان کرد:
, (۴-۲۴)
در روابط (۴-۶) تا (۴-۱۸) قسمت (۴-۲) تعاریف مربوط به بردارهای پوئینتینگ و سطح مقطعها را بیان می کنند. همانطور که در آن قسمت بیان شد:
(۴-۲۵)
که سطح S اشاره به سطح کره بزرگ فرضی در شکل ۴-۱ دارد و بردار یکه عمود به سمت خارج آن میباشد. حال اگر بردار یکهای باشد که جهت انتشار موج تخت برخوردی را نشان دهد، داریم:
(۴-۲۶)
میتوان ثابت کرد که موج پراکنده شده در فواصل دور از پراکننده به صورت کروی میباشد [۸۰]، یعنی:
(۴-۲۷)
بردارهای و ، قدرت تابش پراکنده شده در جهت را نشان می دهند. به دلیل اینکه این میدانها در روابط ماکسول صدق می کنند:
(۴-۲۸)
با بهره گرفتن از این روابط، بر روی سطح کره فرضی در اطراف ذره به شعاع R داریم:
(۴-۲۹)
(۴-۳۰)
که از این اصل که روی سطح کره میباشد استفاده کردهایم. اگر این روابط را در رابطه ۲ جایگزین کنیم، با بهره گرفتن از لم جونز داریم [۸۰]:
(۴-۳۱)
(۴-۳۲)
منظور از کره فرضی در شکل (۴-۱) میباشد. رابطه (۴-۲۵) به صورت زیر ساده می شود:
(۴-۳۳)
که منظور از قسمت موهومی کمیت مورد نظر میباشد.
در بخش ۴-۲ سطح مقطع خاموشی را به صورت زیر تعریف کردیم:
(۴-۳۴)
که با توجه به روابط (۴-۲۶) و (۴-۳۳) سطح مقطع خاموشی به صورت زیر به دست می آید:
(۴-۳۵)
۴-۳- تقریب دوقطبی برای سه شکل نانوبلور
۴-۳-۱- پذیرفتاری الکتریکی[۷۰] یک ذره
ذرهای متشکل از یک ماده همگن با ثابت دیالکتریک را در نظر میگیریم که ، پذیرفتاری دیالکتریکی مختلط ذره میباشد. فرض دیگر این است که ذره دارای شکل دلخواه میباشد اما ابعاد آن به مراتب از طول موج نور برخوردی کمتر است (تقریب ریلی). در کنار این از اثرات تاخیری نیز صرف نظر می شود. میدان الکتریکی نور برخوردی نیز به صورت یک میدان ثابت در نظر گرفته می شود که با فرکانس نوسان می کند.
از دیدگاه ماکروسکوپیک جذب نوری ذره می تواند به دلیل مدهای نرمال پلاریتونی باشد. این مدها بوسیله میدان قطبش توصیف می شود که یک تابع پیوسته از مکان میباشد و تغییرات آن در فواصل بین اتمی بسیار کم میباشد. زمانی که از اثرات تاخیری[۷۱] صرف نظر شود، سه دسته مدهای نرمال سطحی داریم:
الف) مدهای عرضی؛ برای این مدها در همه جا داریم: و در فرکانس ، فرکانس فونون نوری عرضی موج بلند اتفاق میافتند.
ب) مدهای طولی؛ برای این مدها در همه جا داریم: و در فرکانس ، فرکانس نوری طولی موج بلند اتفاق میافتند.
ج) مدهای سطحی؛ برای این مدها در داخل ذره داریم: ، اما بر روی سطح داریم: . این مدهای سطحی مسئول جذب نوری میباشند. دلیل این امر نیز کوچک فرض کردن ذره و صرف نظر کردن از اثرات تاخیری میباشد. برای ذرات بزرگتر و در نظر گرفتن اثرات تاخیری باید سهم مدهای عرضی نیز در نظر گرفته شود. این مدهای سطحی لزوما بر روی سطح جایگزیده نمیباشند و بوسیله بارهای قطبشی روی سطح بوجود میآیند.
برای محاسبه فرکانس مدهای سطحی و ممان دو قطبی هر مد به روش زیر عمل میکنیم: یک میدان خارجی یکنواخت با فرکانس را به ذره اعمال میکنیم. ممان دو قطبی القایی را میتوان به صورت زیر نوشت [۸۱]:
(۴-۳۶)
که حجم ذره میباشد و و اندیسهای دستگاه مختصات دکارتی میباشند. این معادله همچنین پذیرفتاری دیالکتریکی مختلط یک ذره را تعریف می کند. این کمیت در فرکانسهای مدهای پلاریتونی که ممان دو قطبی دارند، رفتار تشدیدی را از خود نشان میدهد و جذب نوری نیز به واسطه قسمت موهومی آن اتفاق میافتد.
میدان الکتریکی در هر نقطه را میتوان به صورت زیر نوشت [۸۱]:
(۴-۳۷)
که جمله انتگرالی، میدان ناشی از بارهای سطحی یعنی را نشان میدهد و قطبش داخل را نشان میدهد و بردار یکه عمود بر سطح ذره به سمت بیرون میباشد. اگر رابطه (۴-۳۶) را در ضرب کنیم و را به صورت در نظر بگیریم به رابطه زیر میرسیم:
دانلود پایان نامه در رابطه با برهمکنش پلاسمون-مولکول در نانوذره و نانومیله های فلزی- فایل ۷