本文關(guān)鍵詞：邊界元法在粒子散射和能量損失譜中的應(yīng)用

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【摘要】：在納米科學(xué)領(lǐng)域關(guān)于納米材料的研究一直是一個重要課題,而金屬納米材料在現(xiàn)代工業(yè)和高科技發(fā)展中始終扮演著重要的角色。納米粒子是一種超細顆粒,由于其不同于塊體材料的獨特的光學(xué)性質(zhì)和應(yīng)用價值,吸引了越來越多學(xué)者的關(guān)注,其中對光吸收性質(zhì)的研究是我們關(guān)注的重點。隨著納米材料的普及,材料表面與環(huán)境相互作用導(dǎo)致的表面性質(zhì)吸引著研究者的目光,其中對電子能量損失譜的研究應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛。當(dāng)電子束穿過或經(jīng)過金屬介質(zhì)粒子時,由于等離激元的作用將損失一部分能量,電子穿過金屬介質(zhì)產(chǎn)生的能量損失譜的計算對我們了解介質(zhì)粒子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)很有幫助,特別是當(dāng)目標(biāo)原子核被激發(fā)時,使用這個顯微術(shù)計算的效果更加明顯。本文從以下幾個方面開展具體的研究工作：(1)研究不同形狀的金屬納米介質(zhì)的散射問題和電子束激發(fā)的電子能量損失譜的計算問題。在這個過程中得到了快速電子的能量損失譜計算的解析解。在經(jīng)典電子能量損失譜計算公式的基礎(chǔ)上,使用替代的感應(yīng)電場,結(jié)合邊界元法得到了一個高效的計算公式。進一步考慮了一些典型幾何結(jié)構(gòu)的金屬納米介質(zhì),如單個球,耦合球體,圓柱體,耦合圓柱體,三棱柱,耦合三棱柱,圓盤形和輪胎形,并且使用有效介質(zhì)理論來研究由隨機分布的球形粒子組成的材料,在等價均勻介質(zhì)中得到損失函數(shù)。(2)基于邊界元法中邊界積分方程的建立,推導(dǎo)了在非遲滯和遲滯情形下粒子散射和電子能量損失譜的邊界積分方程的建立過程,在理論推導(dǎo)過程中,用表面電荷和表面電流來表示電位和磁位,得到了對應(yīng)的積分方程。對于電子能量損失譜的模擬計算而言,當(dāng)目標(biāo)距離比較遠或者是穿過的電子速度比較快的時候,對介電常數(shù)的局部近似做出了相應(yīng)的調(diào)整,因而在介質(zhì)尺寸比較小的時候,介電常數(shù)的局部近似需要引起關(guān)注。(3)對邊界元法中的形函數(shù)進行研究。高階形函數(shù)在提高解的精度方面有很大優(yōu)勢,我們采用了高階的形函數(shù)來處理離散后的邊界積分方程,得到了離散方程組的具體形式,方程組的系數(shù)是形函數(shù)和核函數(shù)的積分形式,結(jié)合快速算法得到了方程組的數(shù)值解,極大地提高了解的精度。因邊界內(nèi)部的量可以由邊界變量表示,故邊界內(nèi)部的量也可由數(shù)值積分的方法得到。(4)將高階形函數(shù)的邊界元法配合電子能量損失譜的高效公式對不同形狀和個數(shù)的介質(zhì)材料分別進行粒子散射和電子能量損失譜的數(shù)值模擬,與解析解對比驗證算法的有效性。在這個過程中我們比較了不同尺寸不同距離對結(jié)果的影響,分析了其對應(yīng)的物理現(xiàn)象�；诮饘偌{米粒子在振蕩偶極子的激勵下輻射衰變率和總衰變率的計算,對輻射衰變率和總衰變率與入射波的波長和其位置關(guān)系進行數(shù)值模擬,進一步與解析解對比驗證算法的有效性。
【學(xué)位授予單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.1

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本文編號：1195433