Изобретение относится к способам создания сильных магнитных полей и может быть применено в физическом эксперименте, в том числе для моделирования сверхсильных магнитных полей в космическом пространстве, моделирования астрофизических процессов в «лабораторных условиях» и т.д. Например, магнитные поля в нейтронных звездах достигают величины 1011 Тесла [Beskin, V. S., Balog, A., Falanga, M. & Treumann, R. A. Magnetic fields at largest universal strengths: overview. // Space Sci. Rev. 191, 1-12 (2015)].
Получение сверхсильных магнитных полей в лабораторных условиях является сложной и актуальной задачей [Kolm, U. & Freeman, A. Intense magnetic fields. // Sci. Am. 212, 66 (1965); Sakharov, A. D. Magnetoimplosive generators. // Phys. Uspekhi 9, 294-304 (1966); K. Coyne, Magnets from Mini to Mighty, // Magnet Lab U (2008); Лагутин А. С., Ожогин В. Л. Сильные импульсные магнитные поля в физическом эксперименте. М.: Энергоатомиздат, 1988. 192 с.]. Самые сильные непрерывные магнитные поля силой 45 Тл были созданы с помощью постоянного магнита внутри сверхпроводящего магнита. Магнитные поля выше этого уровня создавались только в импульсных режимах, когда сильные электрические токи передавались через соленоиды различной конструкции или когда магнитный поток внутри замкнутой проводящей катушки сжимался внешними силами.
Для создания таких полей существуют различные способы. Например, известен способ передачи энергии индуктивной нагрузке от генератора ударной мощности и устройство для его осуществления [Патент №192922 РФ, Н03К 17/64, Бюл. №6, 02.03.1967.]. Устройство состоит из генератора тока, индуктивной нагрузки - соленоида, блока накопительных конденсаторов и двух контактно-вентильных коммутаторов. Генератор тока через контакт одного коммутатора соединен параллельно с конденсаторной батареей, которая через контакт второго коммутатора также соединена параллельно с соленоидом.
Также известен источник импульсного магнитного поля [Патент №2331979 РФ, Н03К 17/64, Бюл. №23, 20.08.2008.], который содержит источник питания, выключатель питания, распределитель тока, блок запуска генератора тока, накопительные конденсаторы, генераторы тока, полеобразующую систему, которая состоит из не менее двух соленоидов и выключатель управления. Блок запуска генераторов тока выполнен на твердотельном реле.
В известных способах магнитное поле обеспечивают путем пропускания постоянного тока через обмотки катушек по проводам.
Например, простое аксиально-симметричное тороидальное поле может быть создано током, протекающим по проводникам катушки, равномерно навитой на поверхность круглого тороида.
Недостатком известных способов является создание недостаточно сильных магнитных полей и невозможность получения и управления конфигурацией сильных магнитных полей в мезоразмерных диэлектрических частицах.
Известны способы и устройства преобразования энергии пучка заряженных частиц (Патенты РФ на полезную модель №№ 15417, 84169; Патент РФ № 2508595, Способ преобразования и аккумулирования энергии с использованием пучка заряженных частиц и устройство для его осуществления; В.С. Никитин. Технологии будущего. Изд. ”Техносфера”, Москва, 2010, с.162-169) в которых осуществляется инжектирование ускоренных заряженных частиц в вакуумированный объем волновода с формированием в этом объеме замкнутого контура с током, создаваемым пучком частиц. Заряженные частицы создаются специальным ускорителем частиц.
Известен способ генерации магнитного поля током заряженных частиц [Плетнев С. В. Магнитное поле, свойства, применение: Научное и учебно-методическое справочное пособие. — СПб.: Гуманистика, 2004.— 624 с].
Недостатком известных способов является невозможность получения и управления структурой сильных магнитных полей в мезоразмерных диэлектрических частицах.
Известен способ генерации квазистационарного магнитного поля в кильватерном следе лазерного импульса, заключающийся в формировании короткого лазерного импульса заданной формы и большой интенсивности, облучении им докритической плазмы, проникновении лазерного импульса в плазму, появлении быстрых электронов и формировании результирующего квазистационарного дипольного магнитного поля, которое возникает из-за передачи энергии этих электронов в магнитное поле посредством электромагнитной неустойчивости [Лисейкина Т. В. Генерация магнитного поля при взаимодействии лазерного излучения с плазмой // Вычислительные технологии Том 3, № 4, 1998; Haines M. G. Magnetic field generation in laser fusion and hotelectron transport. Can. J. Phys, 64, 1986.].
Таким способом, теоретически может быть достигнуто магнитное поле величины порядка 105 Тл.
Недостатком известных способов является невозможность получения и управления структурой сильных магнитных полей в мезоразмерных диэлектрических частицах.
В качестве прототипа выбран способ получения сильных магнитных полей в мезоразмерных диэлектрических частицах по патенту РФ 2795609, включающий изготовление сферической диэлектрической частицы из прозрачного материала для используемого излучения и с мезоразмерным диаметром, облучения сформированным монохроматическим излучением сферической диэлектрической частицы, возбуждения в сферической частице суперрезонансных мод Ми высокого порядка и формирования оптических вихрей внутри сферической диэлектрической частицы с формированием горячих точек вокруг полюсов сферической частицы вдоль направления распространения излучения.
Задачей заявляемого технического решения является разработка способа управления структурой (формой) сильных магнитных полей в мезоразмерных диэлектрических сферических частицах.
Это достигается тем, что применяемый способ управления конфигурацией сильных магнитных полей в мезоразмерных диэлектрических сферических частицах, включающий изготовление сферической диэлектрической частицы из прозрачного материала для используемого излучения и с мезоразмерным диаметром, облучения сформированным монохроматическим излучением сферической диэлектрической частицы, возбуждения в сферической частице суперрезонансных мод Ми высокого порядка и формирования оптических вихрей внутри сферической диэлектрической частицы с формированием горячих точек вокруг полюсов сферической частицы вдоль направления распространения излучения, новым является то, что осуществляют вращение диэлектрической сферической изотропной частицы, облучение вращающейся диэлектрической сферической изотропной частицы осуществляют монохроматическим излучением с плоской волной, при этом скорость вращения диэлектрической сферической изотропной частицы, вращающейся вокруг своей оптической оси, перпендикулярна плоской волне падающего на нее монохроматического излучения, что обеспечивает формирование асимметричного распределения магнитного поля.
Из технической литературы известно, что в отличие от сферических диэлектрических частиц с радиусом существенно меньше длины волны излучения (в которых оптические свойства обычно обусловлены, как правило, первыми тремя резонансами Ми [A. Kuznetsov, A. Miroshnichenko, M. Brongersma, Y. Kivshar, and B. Luk‘yanchuk, Optically resonant dielectric nanostructures // Science 354, 6314, aag2472 (2016); S. Kruk and Y. Kivshar, Functional meta-optics and nanophotonics governed by Mie resonances // ACS Photonics 4, 2638 (2017); N. Bonod and Y. Kivshar. All-dielectric Mie-resonant metaphotonics // C. R. Physique, 21, (4-5), 425 (2020).]), в диэлектрических однородных изотропных сферических частицах c размером более длины волны и до характерных размеров, где начинает работать геометрическая оптика (мезоразмерные частицы), наблюдаются резонансы Ми высокого (≥5) порядка, что приводит к специфическим оптическим явлениям, обусловленными интерференцией широкого спектра всех внутренних мод с одиночной модой внутреннего резонанса высокого порядка. В свою очередь, эти интерференционные эффекты приводят, в частности, к формированию оптических вихрей с осевой симметрией, возникающих внутри частицы [X. Cai, J. Wang, M. Strain, B. Johnson-Morris, J. Zhu, M. Sorel, J. L. O’Brien, M. Thompson, and S. Yu, Integrated Compact Optical Vortex Beam Emitters // Science 338, 363 (2012)] с характерными размерами существенно меньше дифракционного предела.
Оптический вихрь - это ноль оптического или электромагнитного поля; точка нулевой интенсивности, которая является результатом интерференции большого числа оптических пучков [B. S. Luk’yanchuk, 
I. V. Minin, O. V. Minin, and Z. Wang, Refractive index less than two: Photonic nanojets yesterday, today and tomorrow // Opt. Mat. Express 7, 1820 (2017); А.Х. Султанов. Вихревая оптика // VI Международная конференция и молодёжная школа «Информационные технологии и нанотехнологии» (ИТНТ-2020), с. 735-746; Allen, L. The orbital angular momentum of light / L. Allen, M.J. Padgett, M. Babiker // Progress in Optics. - 1999. - Vol. 39. - P. 291-372; Котляр, В.В. Вихревые лазерные пучки / В.В. Котляр, А.А. Ковалев - ИСОИ РАН, Самара, 2012. - 248 с.].
Объекты с вихревой структурой существуют в макромире: спиральная форма галактик и туманностей; в микромире: элементарные частицы, световые поля; в нашей повседневной жизни: торнадо, тайфуны, циклоны. Возможно возбуждение вихревых полей в лазерных резонаторах, многомодовых волоконных световодах [Дифракционная нанооптика / под ред. В.А. Сойфера. - М.: Физматлит. 2011. - 680 с.].
Для анализа полей рассеяния света сферической диэлектрической частицей (рассеяние Ми) произвольного размера используют теорию Ми [G. Mie, «Beiträge zur Optik trüber Medien, speziell kolloidaler Metallösungen», Leipzig, Ann. Phys. 330, 377-445 (1908). DOI: https://dx.doi.org/10.1002/andp.19083300302].
Заявляемый способ управления структурой сильных магнитных полей в мезоразмерных диэлектрических сферических частицах обладает совокупностью существенных признаков, неизвестных из уровня техники для способов подобного назначения и неизвестных из доступных источников научной, технической и патентной информации на дату подачи заявки на изобретение.
Сущность заявляемого способа поясняется на примере устройства, реализующего этот способ.
На фиг. 1 приведена схема устройства, реализующего способ управления конфигурацией сильных магнитных полей в мезоразмерных диэлектрических сферических частицах.
На фиг. 2 приведены результаты моделирования взаимодействия диэлектрической мезоразмерной сферы диаметром порядка 6λ, где λ - длина волны облучающей сферу с показателем преломления 1,51 с плоской электромагнитной ТЕ (А, Б) и ТМ(В, Г) волной в случае ее покоя (А, В) и ее вращения вокруг своей оптической оси в плоскости перпендикулярной плоскости освещающей электромагнитной волны (Б, Г). Приведено распределение интенсивности магнитного поля |H|2. Интенсивность магнитного поля превышает интенсивность магнитного поля в освещающей волне для рассматриваемого случая в 103 -105 раз.
На фиг. 3 приведены результаты моделирования взаимодействия диэлектрической мезоразмерной сферы диаметром порядка 6λ, где λ - длина волны облучающей сферу с показателем преломления 1,51 с плоской электромагнитной ТЕ (А, Б) и ТМ (В, Г) волной в случае ее покоя (А, В) и ее вращения вокруг своей оптической оси в плоскости перпендикулярной плоскости освещающей электромагнитной волны (Б, Г). Приведено распределение интенсивности электрического поля |Е|2.
На фиг. 4 приведен пример результатов моделирования распределения вектора Пойтинга в логарифмическом масштабе в условиях суперрезонанса для диэлектрической мезоразмерной сферы диаметром порядка 7,5λ, где λ = 0,5328 мкм длина волны облучающей сферу с показателем преломления 1,52 при ее вращения вокруг своей оптической оси в плоскости перпендикулярной плоскости освещающей электромагнитной волны.
Обозначения: 1 - источник монохроматического излучения (лазер, мазер, лампа обратной волны и т.п.), 2 - электромагнитное излучение, 3 - сферическая диэлектрическая однородная мезоразмерная частица, 4 - устройство вращения диэлектрической сферической мезоразмерной частицей, 5 - направление вращения сферической частицы, 6 - оптическая ось сферической частицы.
Из технической литературы известен эффект Саньяка - появление фазового сдвига встречных электромагнитных волн во вращающемся кольцевом интерферометре. Эффект проявляется и при кольцевом распространении волн неэлектромагнитной природы [Г. Б. Малыкин. Эффект Саньяка. Корректные и некорректные объяснения. Успехи физических наук, том 170, № 12 (2000)]. Эффект был описан Жоржем Саньяком в 1913 г. [Georges Sagnac. L’ether lumineux demontre par l’effet du vent relatif d’ether dans un interferometre en rotation uniforme, Comptes Rendus 157 (1913), S. 708-710]. Величина эффекта прямо пропорциональна угловой скорости вращения интерферометра, частоте излучения и площади, охватываемой путём распространения световых волн в интерферометре.
Известно, что симметрия однородной изотропной диэлектрической частицы может быть нарушена, если частица вращается [E. J. Post, Sagnac effect // Reviews of Modern Physics 39, 475 (1967).]. Этот эффект широко используется в волоконно-оптических гироскопах [R. Wang, Y. Zheng, and A. Yao. Generalized sagnac effect // Physical review letters 93, 143901 (2004).] и системах глобального позиционирования [N. Ashby, Relativity in the global positioning system, Living Reviews in relativity // 6, 1-42 (2003).].
Известен эффект Магнуса, который назван в честь Генриха Густава Магнуса, немецкого физика. Генрих Густав Магнус описал эффект в 1852 году [G. Magnus (1852) Über die Abweichung der Geschosse, // Abhandlungen der Königlichen Akademie der Wissenschaften zu Berlin, pages 1-23]. Однако в 1672 году этот эффект описал Исаак Ньютон и правильно вывел причину, наблюдая за игроками в теннис в своем Кембриджском колледже [Philosophical Transactions of the Royal Society, том 7, страницы 3075-3087 (1671-1672)]. В этом письме Ньютон пытался объяснить преломление света, утверждая, что вращающиеся частицы света изгибаются при движении в среде точно так же, как вращающийся теннисный мяч изгибается при движении в воздухе.). В 1742 году Бенджамин Робинс, британский математик, исследователь баллистики и военный инженер, объяснил отклонения в траекториях мушкетных пуль в терминах эффекта Магнуса [Newton's and Robins' observations of the Magnus effect are reproduced in: Peter Guthrie Tait (1893) On the path of a rotating spherical projectile // Transactions of the Royal Society of Edinburgh, vol. 37, pages 427-440.].
Асимметричное электромагнитное поле, генерируемое вращением частицы, считается электромагнитным аналогом эффекта Магнуса (оптический/электромагнитный эффект Магнуса) [Dooghin, N. Kundikova, V. Liberman, and B. Y. Zel’dovich, Optical magnus effect // Physical Review A 45, 8204 (1992); P. Hillion, Electromagnetic magnus effect // International journal of engineering science 38, 1473-1485 (2000).; P. Hillion, Scattering by a rotating circular conducting cylinder i// Rep. Math. Phys. 41(2), 223-233 (1998); P. Hillion, Scattering by a rotating circular conducting cylinder ii // Rep. Math. Phys. 41(2), 235-244 (1998).]. Диэлектрическая частица может иметь сферическую форму [D. De Zutter, Scattering by a rotating dielectric sphere // IEEE Trans. Antennas Propag. 28(5), 643-651 (1980).].
Оптический эффект Магнуса был расширен до силы оптического излучения и крутящего момента [F. G. Mitri, Optical Magnus radiation force and torque on a dielectric layered cylinder with a spinning absorptive dielectric core // J. Opt. Soc. Am. A 39(3), 332-341 (2022).].
Из технической литературы известно, что эффект Магнуса используется в ветровых электрогенераторах на основе эффекта Магнуса [Патенты РФ 2330988, 2118699, 86257], в роторных суднах [Патенты РФ 11208, 13965, 931587, 1142366, 1164150, 1214525, 1458273, 1533948], в авиастроении [https://fb.ru/article/391708/effekt-magnusa-i-ego-neveroyatnyie-primeneniya], в оптических пинцетах [Gabriella Cipparrone, Raul Josue Hernandez, Pasquale Pagliusi, and Clementina Provenzano. Magnus force effect in optical manipulation // Physical review A, Atomic, molecular, and optical physics July 2011 DOI: 10.1103/PhysRevA.84.015802].
Исследование оптического эффект Магнуса для сферических частиц в условии наступления суперрезонанса авторам не известен.
Из фиг. 2-3 следует, что при вращении сферической диэлектрической мезоразмерной частицы, при облучении ее электромагнитной волной начинает нарушаться условие суперрезонанса. При неполном нарушении резонанса распределение электромагнитного поля внутри частицы становится неравномерным относительно оптической оси частицы для верхней и нижней ее частей. Электромагнитное поле в горячих точках в полюсах сферы в прототипе «размазываются» из-за эффекта вращения сферической диэлектрической частицы.
На фиг. 4 показано, что при вращении сферической диэлектрической частицы в случае облучения ее электромагнитной воной и наступления суперрезонанса первоначально регулярная круговая резонансная решетка, которая являлась радиальной (направленной к центру сферы), в случае покоя частицы изменяется при ее вращении. Направление резонансного кольца смещается и вдоль направления вращения частицы появляются угловые компоненты. При этом изменяется форма и размер оптических вихрей, генерирующих магнитное поле. Еще одной особенностью в этом случае является формирование оптических вихрей вне тела сферической частицы.
Работа устройства, реализующего способ, происходит следующим образом. В качестве источника монохроматического электромагнитного излучения 1 может выступать, например, лазер в видимом, ИК диапазонах, мазер или лампа обратной волны в терагерцовом или микроволновом диапазонах [Е. Гулевич, Н. Кондратюк, А. Протасеня. Перестраиваемые источники лазерного излучения УФ, видимого, ближнего и среднего ИК диапазона // Фотоника 3/2007, с.30-33; Патенты РФ 2202844, 2351045, 2037916, 2084996; Патент США 4376917]. Сформированное источником 1 электромагнитное излучение 2 в виде электромагнитной волны с плоским волновым фронтом, облучает сферическую диэлектрическую однородную мезоразмерную частицу 3, изготовленную из диэлектрика прозрачного для используемого излучения, например, из полимеров, стекла, кварца, керамики.
При облучении диэлектрической мезоразмерной частицы 3 электромагнитным излучением в ней могут сформироваться суперрезонансные моды Ми высокого порядка с формированием оптических вихрей, генерирующих магнитное поле. Однако симметрия однородной изотропной диэлектрической сферы 3 может быть нарушена, если сфера 3 вращается вокруг своей оптической оси 6 в плоскости перпендикулярной плоскости освещающей электромагнитной волны 2 с помощью устройства вращения 4, что известно как эффект Саньяка и эффект Магнуса. В качестве устройства вращения сферы может использоваться, например, вращающийся оптический пинцет или устройства реализующих эффект вращения Квинке и т.п.
В результате моделирования падения плоской волны 2 на вращающуюся диэлектрическую сферу 3 показало, что скорость вращения сферы 3 перпендикулярно падающей электромагнитной волны оказывает влияние на симметрию электрических полей в материале сферической частицы, меняется форма и расположение оптических вихрей. Показано, что асимметричное распределение магнитного поля возникает при воздействии плоской волны на вращающуюся однородную изотропную диэлектрическую сферу, вращающейся вокруг своей оптической оси, за счет оптического эффекта Магнуса. Электромагнитное поле в горячих точках в полюсах сферы в прототипе «размазываются» из-за вращения сферической диэлектрической частицы вдоль внутренней поверхности частицы.
Было установлено, что при вращении однородной изотропной диэлектрической сферы 3 с постоянной угловой скоростью ω≈С/R, где С - скорость света, R - радиус сферы, и облучении ее плоской волной 3, нарушается симметрия электрический полей в материале сферической частицы. С увеличением скорости вращения сферической частицы 3 увеличиваются размеры формируемых оптических вихрей, их форма.
В результате математического моделирования, было установлено, что внутри диэлектрической сферы может существовать множество оптических вихрей, создаваться еще большие магнитные поля из-за возможности создания небольших оптических вихрей, возникающих в результате эффектов сверхколебаний, с большими фазовыми градиентами вблизи особенностей. С увеличением числа резонансных мод уменьшается характерный размер оптического вихря и значит, увеличивается амплитуда формируемого магнитного поля. Форма и размер формируемых оптических вихрей, их расположение зависит от скорости вращения сферической диэлектрической частицы.
В результате математического моделирования рассеяния электромагнитной волны диэлектрической сферической мезоразмерной частицей, выполненной из материалов с различным показателем преломления было установлено, что с ростом числа мод Ми высокого порядка увеличивается интенсивность магнитного поля.
Диэлектрические частицы с малым поглощением и с характерными мезоразмерными величинами могут вызывать сильный магнитный отклик на падающую электромагнитную волну. Например, теоретически падающее магнитное поле может быть усилено в 106-1010 раз внутри диэлектрической сферы, выполненной из материалов с показателем преломления более 1,3. Так в сферической частице с низким коэффициентом преломления (n=1,33) и q~70 возможно возбуждение Фано резонансов крайне высокого (l~86) порядка с существенным усилением (до 107) интенсивностей магнитного и электрического полей.
Из технической литературы известны способы вращения шарикообразных тел, например, вращение микрочастиц и биологических образцов с помощью вращающегося оптического пинцета на основе муара, при этом скорость и направление вращения полностью контролируются компьютером [Peng Zhang, Daniel Hernandez, Drake Cannan, Yi Hu, Shima Fardad, Simon Huang, Joseph C. Chen, Demetrios N. Christodoulides, and Zhigang Chen. Trapping and rotating microparticles and bacteria with moiré-based optical propelling beams // Biomedical optics express, 1 August 2012, Vol. 3, No. 8, р. 8-1900]. За прошедшие годы было предложено множество методов для вращения захваченных частиц, включая изменение оптического углового момента [M. E. J. Friese, T. A. Nieminen, N. R. Heckenberg, and H. Rubinsztein-Dunlop. Optical alignment and spinning of laser-trapped microscopic particles // Nature 394(6691), 348-350 (1998)]; голографический оптический пинцет [J. E. Curtis and D. G. Grier. Structure of optical vortices // Phys. Rev. Lett. 90(13), 133901 (2003).]; специально разработанные электрические или магнитооптические манипуляторы [Z. Bryant, M. D. Stone, J. Gore, S. B. Smith, N. R. Cozzarelli, and C. Bustamante, Structural transitions and elasticity from torque measurements on DNA // Nature 424(6946), 338-341 (2003); L. Sacconi, G. Romano, R. Ballerini, M. Capitanio, M. De Pas, M. Giuntini, D. Dunlap, L. Finzi, and F. S. Pavone, Three-dimensional magneto-optic trap for micro-object manipulation // Opt. Lett. 26(17), 1359-1361 (2001).]; или более популярные вращающиеся несимметричные захватывающие лучи (получаемые с помощью поперечных лазерных мод более высокого порядка, цилиндрических линз, прямоугольных апертур, вращающихся интерференционных картин и т. д.) [F. W. Sheu, T. K. Lan, Y. C. Lin, S. Chen, and C. Ay, Stable trapping and manually controlled rotation of an asymmetric or birefringent microparticle using dual-mode split-beam optical tweezers // Opt. Express 18(14), 14724-14729 (2010); S. Sato, M. Ishigure, and H. Inaba, Optical trapping and rotational manipulation of microscopic particles and biological cells using higher-order mode Nd: YAG laserbeams // Electron. Lett. 27(20), 1831-1832 (1991); A. T. O’Neil and M. J. Padgett, “Rotational control within optical tweezers by use of a rotating aperture // Opt. Lett. 27(9), 743-745 (2002).].
Известны способы вращения сферической диэлектрической частицы в постоянном электрическом поле. В 1881 году Генрих Герц обнаружил явление вращения диэлектрических тел в электрическом поле. Спустя 15 лет данный эффект был подробно описан соотечественником Герца Георгом-Германом Квинке [G. Quincke, Ueber rotationen im constanten electrischen felde // Ann. Phys. Chem., 59, 417-486 (1896)]. Это явление было «открыто» вновь японским физиком Сумото в 1955 году. Например, известен способ вращения тел в электрическом поле движущихся зарядов, состоящий в помещении диэлектрического шара между электродами, соединения электродов с источником высокого постоянного напряжения и достаточного для ионизации воздуха, формирования потока движущихся заряженных частиц положительного и отрицательного знака (электрический ветер), взаимодействия потока заряженных частиц с поверхностью шара с организацией круговой циркуляции заряженных частиц вокруг шара [Дюдкин Д. А. Открытие нового физического эффекта: явление вращения тел в электрическом поле движущихся зарядов // Физика сознания и жизни, космология и астрофизика, 2007. 1, с. 52-62].
Известен способ вращения сферы из фотопроводящего материала, состоящий в помещении сферы, находящейся в диэлектрической среде, в постоянное однородное электрическом поле, непрерывного освещения сферы пучком света со стороны одного из электродов, генерации в сфере электрического дипольного момента ортогональный направлению силовых линий поля и фото-индуцированного дипольного момента [А.И. Грачев. Вращение в постоянном электрическом поле сферической частицы при непрерывном освещении, индуцирующем электрический дипольный момент // Физика твердого тела, 2018, том 60, вып. 4, с. 666-670; А.И. Грачев. Эффект фотовращения Квинке // Письма в ЖТФ, 2018, том 44, вып. 16, с. 27-32; А.И. Грачев. Динамика фотоиндуцированного вращения сферической частицы в постоянном электрическом поле // Журнал технической физики, 2019, том 89, вып. 1, с. 5-8].
Особенностью известного способа является то, что показатели преломления сферы и диэлектрической среды полагаются практически равными, а характерный размер сфер лежит в диапазоне от 20 нм до 20 мкм. Динамика вращения сферы в существенной степени определяется соотношением между величиной электро- и фотоиндуцированных дипольных моментов сферы и угловая скорость вращения может оказаться существенно выше 108-1011 с−1. В качестве фотопроводящего материала сфер можно использовать органические полупроводники (фотополимеры), величина показателя преломления большинства из которых находится в интервале 1,4-1,7 [Brandrup J., Immergut E.H., Gruike E.A., Abe A., Bloch D.R. Polymer Handbook, 4th ed. NY.: John Wiley & Sons, 2005.] и в них возможно возникновение эффектна суперрезонанса.
Эффект вращения Квинке используются для увеличения эффективной проводимости суспензии [N. Pannacci, L. Lobry, and E. Lemaire. How Insulating Particles Increase the Conductivity of a Suspension // PRL 99, 094503 (2007)], в устройствах нанодвигателей и т.п.
Таким образом, введение вращения сферической диэлектрической однородной мезоразмерной частицы позволяет управлять формой и интенсивностью сильных магнитных полей, формируемых в материале частицы в зависимости от скорости вращения.
Изобретение относится к способам создания сильных магнитных полей. Способ управления структурой сильных магнитных полей в мезоразмерных диэлектрических сферических частицах включает изготовление сферической диэлектрической частицы из прозрачного материала для используемого излучения и с мезоразмерным диаметром, облучения сформированным монохроматическим излучением сферической диэлектрической частицы, возбуждения в сферической частице суперрезонансных мод Ми высокого порядка и формирования оптических вихрей внутри сферической диэлектрической частицы с формированием горячих точек вокруг полюсов сферической частицы вдоль направления распространения излучения, при этом согласно изобретению осуществляют вращение диэлектрической сферической изотропной частицы, облучение вращающейся диэлектрической сферической изотропной частицы осуществляют монохроматическим излучением с плоской волной, при этом скорость вращения диэлектрической сферической изотропной частицы, вращающейся вокруг своей оптической оси, перпендикулярна плоской волне падающего на нее монохроматического излучения, что обеспечивает формирование асимметричного распределения магнитного поля. Изобретение обеспечивает возможность управления формой и интенсивностью сильных магнитных полей в мезоразмерных диэлектрических сферических частицах. 4 ил.
Способ управления структурой сильных магнитных полей в мезоразмерных диэлектрических сферических частицах, включающий изготовление сферической диэлектрической частицы из прозрачного материала для используемого излучения и с мезоразмерным диаметром, облучения сформированным монохроматическим излучением сферической диэлектрической частицы, возбуждения в сферической частице суперрезонансных мод Ми высокого порядка и формирования оптических вихрей внутри сферической диэлектрической частицы с формированием горячих точек вокруг полюсов сферической частицы вдоль направления распространения излучения, отличающийся тем, что осуществляют вращение диэлектрической сферической изотропной частицы, облучение вращающейся диэлектрической сферической изотропной частицы осуществляют монохроматическим излучением с плоской волной, при этом скорость вращения диэлектрической сферической изотропной частицы, вращающейся вокруг своей оптической оси, перпендикулярна плоской волне падающего на нее монохроматического излучения, что обеспечивает формирование асимметричного распределения магнитного поля.
| СПОСОБ СОЗДАНИЯ СИЛЬНЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ В МЕЗОРАЗМЕРНЫХ ЧАСТИЦАХ | 2022 |
|
RU2795609C1 |
| ИСТОЧНИК ИМПУЛЬСНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ | 2007 |
|
RU2331979C1 |
| WO 2017028824 A1, 23.02.2017. | |||
