Резонанс Фано - Fano resonance

График зависимости сечения рассеяния от нормированной энергии для различных значений параметра q иллюстрирующий асимметричную форму линии Фано.

В физика, а Резонанс Фано это разновидность резонансных рассеяние явление, которое приводит к асимметричной форме линии. Интерференция фона и процесса резонансного рассеяния дает асимметричную форму линии. Он назван в честь итальянско-американского физика. Уго Фано, который в 1961 г. дал теоретическое объяснение формы линии неупругого рассеяния электронов на гелии;^[1][2] тем не мение, Этторе Майорана был первым, кто открыл это явление.^[3] Потому что это генерал волна явления, примеры можно найти во многих областях физики и техники.

История

Объяснение формы линии Фано впервые появилось в контексте неупругого рассеяние электронов гелием и автоионизация. Падающий электрон дважды возбуждает атом к ${\displaystyle 2s2p}$ состояние, своего рода резонанс формы. Дважды возбужденный атом самопроизвольно распадается, выбрасывая один из возбужденных электронов. Фано показал, что интерференция между амплитудой простого рассеяния падающего электрона и амплитудой рассеяния через автоионизацию создает асимметричную форму линии рассеяния вокруг энергии автоионизации с шириной линии, очень близкой к величине, обратной времени жизни автоионизации.

Объяснение

Форма линии резонанса Фано обусловлена вмешательство между двумя амплитудами рассеяния: одна из-за рассеяния внутри континуума состояний (фоновый процесс), а вторая из-за возбуждения дискретного состояния (резонансный процесс). Энергия резонансного состояния должна находиться в диапазоне энергий состояний континуума (фона), чтобы эффект имел место. Вблизи резонансной энергии амплитуда фонового рассеяния обычно медленно изменяется с энергией, в то время как амплитуда резонансного рассеяния быстро изменяется как по величине, так и по фазе. Именно эта вариация создает асимметричный профиль.

Для энергий, далеких от резонансной, преобладает фоновый процесс рассеяния. В ${\displaystyle 2\Gamma _{\mathrm {res} }}$ резонансной энергии фаза резонансной амплитуды рассеяния изменяется на ${\displaystyle \pi }$. Именно это быстрое изменение фазы создает асимметричную форму линии.

Фано показал, что полное сечение рассеяния ${\displaystyle \sigma }$ принимает следующий вид,

${\displaystyle \sigma \approx {\frac {\left(q\Gamma _{\mathrm {res} }/2+E-E_{\mathrm {res} }\right)^{2}}{\left(\Gamma _{\mathrm {res} }/2\right)^{2}+\left(E-E_{\mathrm {res} }\right)^{2}}}}$

куда ${\displaystyle \Gamma _{\mathrm {res} }}$ описывает ширину линии резонансной энергии и q, параметр Фано, измеряет отношение резонансного рассеяния к амплитуде прямого (фонового) рассеяния. Это согласуется с интерпретацией внутри Разбиение Фешбаха – Фано теория. В случае, если амплитуда прямого рассеяния обращается в нуль, величина q становится равным нулю, и формула Фано сводится к обычному Брейт – Вигнер (Лоренциан ) формула:

${\displaystyle {\frac {\left(E-E_{\mathrm {res} }\right)^{2}}{\left(\Gamma _{\mathrm {res} }/2\right)^{2}+\left(E-E_{\mathrm {res} }\right)^{2}}}}$

Примеры

Примеры резонансов Фано можно найти в атомная физика, ядерная физика, физика конденсированного состояния, электрические схемы, микроволновая техника, нелинейная оптика, нанофотоника, магнитный метаматериалы,^[4] и в механических волнах.^[5]

Фано можно наблюдать с фотоэлектронная спектроскопия^[6] и Рамановская спектроскопия.^[4] Это явление также можно наблюдать на видимых частотах, используя простые стекло микросферы, что может позволить увеличить магнитное поле света (которое обычно невелико) на несколько порядков.^[7]

Смотрите также

• Эффект Джанибекова
• Теорема о промежуточной оси

Рекомендации

1. "А. Бьянкони Уго Фано и резонансы формы in X-ray and Inner Shell Processes »AIP Conference Proceedings (2002): (19-я международная конференция, Рим, 24–28 июня 2002 г.) A. Bianconi arXiv: cond-mat / 0211452 21 ноября 2002 г.
2. Фано, У. (15 декабря 1961 г.). «Влияние конфигурационного взаимодействия на интенсивности и фазовые сдвиги». Физический обзор. Американское физическое общество (APS). 124 (6): 1866–1878. Дои:10.1103 / Physrev.124.1866. ISSN  0031-899X.
3. Витторини-Оргеас, Алессандра; Бьянкони, Антонио (7 января 2009 г.). "От теории Майорана автоионизации атомов до резонансов Фешбаха в высокотемпературных сверхпроводниках". Журнал сверхпроводимости и нового магнетизма. ООО "Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа". 22 (3): 215–221. arXiv:0812.1551. Дои:10.1007 / s10948-008-0433-х. ISSN  1557-1939.
4. Лукьянчук Борис; Желудев Николай I .; Maier, Stefan A .; Халас, Наоми Дж.; Нордландер, Питер; Гиссен, Харальд; Чонг, Чонг То (23 августа 2010 г.). «Резонанс Фано в плазмонных наноструктурах и метаматериалах». Материалы Природы. Springer Nature. 9 (9): 707–715. Дои:10.1038 / nmat2810. ISSN  1476-1122.
5. Мартинес-Аргуэлло, А. М .; Martínez-Mares, M .; Cobián-Suárez, M .; Báez, G .; Мендес-Санчес, Р. А. (1 мая 2015 г.). «Новый резонанс Фано в измерительных процессах». EPL (Еврофизические письма). IOP Publishing. 110 (5): 54003. arXiv:1502.03488. Дои:10.1209/0295-5075/110/54003. ISSN  0295-5075.
6. Tjernberg, O .; Söderholm, S .; Karlsson, U.O .; Chiaia, G .; Qvarford, M .; Nylén, H .; Линдау И. (1996-04-15). «Резонансная фотоэлектронная спектроскопия на NiO». Физический обзор B. 53 (15): 10372–10376. Дои:10.1103 / PhysRevB.53.10372. ISSN  0163-1829.
7. Wang, Z.B .; Лукьянчук, Б.С.; Yue, L .; Ян, Б .; Monks, J .; Dhama, R .; Минин, О.В .; Минин, И.В .; Huang, S .; Федянин, А. (30 дек 2019). «Резонансы Фано высокого порядка и гигантские магнитные поля в диэлектрических микросферах». Научные отчеты. Springer Nature Limited. 9: 20293. Дои:10.1038 / s41598-019-56783-3. ISSN  2045-2322.