В МГУ разработана модель для безошибочного описания квантовых эффектов
Уникальную математическую модель для описания квантовых эффектов, возникающих в наноразмерных элементах, разработали сотрудники факультета вычислительной математики и кибернетики (ВМК) МГУ им. М. В. Ломоносова, 31 марта сообщает пресс-служба университета.
Наноразмерные элементы используются при проектировании нанолазеров и в разработке методов диагностики и лечения онкологических заболеваний.
Новый метод ученых МГУ позволяет проводить оценку погрешности полученного решения, что гарантирует исключение решений ошибочных и неточных.
Научным руководителем проекта является доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник лаборатория вычислительной электродинамики факультета ВМК Юрий Еремин, а ответственным исполнителем — кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией математической физики факультета ВМК Владимир Лопушенко.
Результаты исследования нового метода ученые представили в статье, принятой к публикации в Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer (Q2).
Исследования ведутся в рамках проекта научного центра мирового уровня, созданного на базе МГУ, «Квазиклассические модели квантовой наноплазмоники» и затрагивают несколько сфер, имеющих важное прикладное значение.
В их числе разработка в качестве носителей гибридных наночастиц для солнечных батарей плазмонных жидкостей. Хранение солнечной энергии с помощью таких жидкостей позволит не только улавливать и сохранять тепловую энергию, но и конвертировать ее в другие виды, что станет настоящей революцией в солнечной энергетике.
Другим направлением работы группы является проектирование плазмонных нанолазеров, способных в десятки раз уменьшить размеры источников энергии — даже до размеров, меньших длины волны излучения, что недостижимо для классической оптики. Такие нанолазеры предполагается использовать в проектируемых командой нанопринтерах для формирования сверхмалых объектов.
Также ведется изучение возможностей использования наноразмерных магнитоплазмонных частиц в диагностике и лечении онкологических заболеваний.
Развитие технологий синтеза наноматериалов приводит к такому уменьшению размеров элементов, что в них начинают действовать квантовые эффекты, изменяющие характеристики устройств.
Изучение квантовых эффектов с помощью чисто квантовых подходов требует огромных затрат вычислительных мощностей и времени для проведения расчетов. К тому же они не эффективны уже при рассмотрении элементов размером 10 нм.
Ученые МГУ для описания квантовых эффектов в наноэлементах пошли путем разработки квазиклассических математических моделей и создали уникальную математическую модель, в основу которой положен метод дискретных источников, позволяющий решать широкий класс задач с учетом квантовых эффектов плазмонных наноструктур. Этот метод позволяет проводить оценку погрешности полученного решения, гарантируя минимальную погрешность результатов.
С помощью такого моделирования исследователи установили, что влияние поверхностных квантовых эффектов имеет совершенно другой характер по сравнению с нелокальными эффектами, которые были описаны ранее в рамках учитывающей квантовые эффекты обобщенной гидродинамической теории Друдэ.
Было установлено, что основные отличия проявляются в области, непосредственно прилегающей к поверхности частицы. Эти совершенно новые результаты будут представлены научному сообществу впервые.
