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Articulo de referencia

Dipolo toroidal dinámico

En la electrodinámica clásica, el dipolo toroidal dinámico surge de corrientes dependientes del tiempo que fluyen a lo largo de la dirección poloidal en la superficie de un toro...

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En la electrodinámica clásica, el dipolo toroidal dinámico surge de corrientes dependientes del tiempo que fluyen a lo largo de la dirección poloidal en la superficie de un toro . [ 1 ] En la mecánica cuántica relativista , es necesario tener en cuenta las contribuciones de espín al dipolo toroidal. [ 2 ] Los momentos dipolares toroidales son impares bajo las simetrías de paridad e inversión temporal . El dipolo toroidal dinámico se distingue del dipolo toroidal estático introducido por Zeldovich en 1957 con el nombre de anapolo estático. [ 3 ]

Ilustraciones esquemáticas de dipolos eléctricos estáticos, magnéticos y toroidales en electrodinámica clásica. En física cuántica relativista, además de los momentos magnéticos y toroidales inducidos por corrientes de carga, debe considerarse el espín, ya que también puede contribuir al momento dipolar toroidal. [ 2 ] Imagen creada por Diego P. Araujo (Biosteam)

Los multipolos toroidales dinámicos se introdujeron teóricamente en la década de 1970 en el contexto de una expansión multipolar completa en electrodinámica [ 3 ] [ 4 ] y sus propiedades de radiación se estudiaron en una serie de trabajos teóricos. [ 5 ] [ 6 ] Sin embargo, el estudio experimental de los multipolos toroidales dinámicos solo fue posible con los avances en materiales electromagnéticos artificiales ( metamateriales ), [ 7 ] lo que condujo a la primera observación experimental del dipolo toroidal, en 2010 en una matriz de resonadores de microondas con elementos de simetría toroidal. [ 8 ]

Las propiedades de radiación de campo lejano del dipolo toroidal dinámico son idénticas a las del dipolo eléctrico convencional . [ 1 ] Por lo tanto, la combinación de un dipolo toroidal dinámico con un dipolo eléctrico puede resultar en una configuración de carga-corriente no radiante (denominada anapolo dinámico), en la que los campos electromagnéticos desaparecen fuera de la fuente, mientras que el potencial vectorial persiste. [ 9 ] Los anapolos no radiantes se observaron experimentalmente por primera vez en 2013 como pico de transmisión de materia estructurada en frecuencias de microondas [ 10 ] y en 2015 en longitudes de onda ópticas en nanopartículas . [ 11 ] La electrodinámica del dipolo toroidal dinámico y los anapolos está influyendo enormemente en la investigación en metamateriales, nanopartículas, plasmónica , sensores, láseres y espectroscopia. [ 1 ] [ 12 ]

Nota: También se ha introducido la terminología de multipolos toroidales dinámicos "eléctricos" y "magnéticos". Este último ya forma parte de la expansión multipolar estándar en forma de radios cuadráticos medios de los multipolos magnéticos. [ 5 ]

Véase también

Referencias

  1. 1 2 3 Papasimakis, N.; Fedotov, VA; Savinov, V.; Raybould, TA; Zheludev, NI (2016). "Excitaciones toroidales electromagnéticas en la materia y el espacio libre". Nature Materials . 15 (3): 263– 271. doi : 10.1038/nmat4563 .
  2. 1 2 Kuprov, I.; Wilkowski, D.; Zheludev, NI (2022). "Transiciones ópticas toroidales en átomos similares al hidrógeno" . Science Advances . 8 (45) eabq6751. arXiv : 2205.01412 . doi : 10.1126/sciadv.abq6751 .
  3. 1 2 Dubovik, VM; Cheshkov, AA; Zheludev, NI (1974). "Expansión multipolar en la teoría clásica y cuántica de campos y radiación". Revista Soviética de Partículas y Núcleos . 5 (3): 318– 337.
  4. ↑ Dubovik, VM; Tosunyan, LA; Tugushev, VV (1986). "Momentos toroidales axiales en electrodinámica y física del estado sólido". Soviet Physics JETP . 63 (2): 344– 351.
  5. 1 2 Afanasiev, GN (1990). "El campo electromagnético de solenoides con corrientes dependientes del tiempo". Journal of Physics A: Mathematical and General . 23 (24): 5755– 5764. doi : 10.1088/0305-4470/23/24/017 .
  6. ↑ Radescu, EE; Vaman, G. (2002). "Cálculo exacto de la pérdida de momento angular, la fuerza de retroceso y la intensidad de radiación para una fuente arbitraria en términos de multipolos eléctricos, magnéticos y toroidales". Physical Review E . 65 (2) 046609. doi : 10.1103/PhysRevE.65.046609 .
  7. ^ Papasimakis, N.; Fedotov, Virginia; Marinov, K.; Zheludev, NI (2009). "Girotropía de una metamolécula: alambre sobre un toroide". Cartas de revisión física . 103 (9) 093901. arXiv : 0810.3539 . doi : 10.1103/PhysRevLett.103.093901 .
  8. ^ Kaelberer, T.; Fedotov, Virginia; Papasimakis, N.; Tsai, DP; Zheludev, NI (2010). "Respuesta dipolar toroidal en un metamaterial" . Ciencia . 330 (6010): 1510-1512 . doi : 10.1126/science.1197172 . PMID 21051597 . 
  9. ↑ Afanasiev, GN; Stepanovsky, YP (1995). "El campo electromagnético de fuentes toroidales elementales dependientes del tiempo" . Journal of Physics A: Mathematical and General . 28 (16): 4565– 4580. doi : 10.1088/0305-4470/28/16/014 .
  10. ↑ Fedotov, VA; Rogacheva, AV; Savinov, V.; Tsai, DP; Zheludev, NI (2013). "Transparencia resonante y excitaciones no radiantes no triviales en metamateriales toroidales" . Scientific Reports . 3 : 2967. arXiv : 1211.3840 . doi : 10.1038/srep02967 . PMID 24132231 . 
  11. ↑ Miroshnichenko, AE; Evlyukhin, AB; Yu, YF; Bakker, RM; Chipouline, A.; Kuznetsov, AI; Luk'yanchuk, B.; Chichkov, BN; Kivshar, YS (2015). "Modos anapolo no radiantes en nanopartículas dieléctricas" . Comunicaciones de la naturaleza . 6 : 8069. doi : 10.1038/ncomms9069 . hdl : 1885/15019 . PMC 4560796 . 
  12. ↑ Zheludev, NI; Wilkowski, D. (2023). "El auge de la electrodinámica toroidal y la espectroscopia" . ACS Photonics . 10 (3): 556– 558. doi : 10.1021/acsphotonics.2c01953 . PMC 10021009. PMID 36942155 .