Резонанс Фано
Тип резонанса рассеяния
График зависимости сечения рассеяния от нормализованной энергии для различных значений параметра q, иллюстрирующий асимметричную форму линии Фано.

В физике резонанс Фано — это тип явления резонансного рассеяния , которое приводит к асимметричной форме линии. Интерференция между фоном и процессом резонансного рассеяния создает асимметричную форму линии. Он назван в честь итало-американского физика Уго Фано , который в 1961 году дал теоретическое объяснение формы линии рассеяния неупругого рассеяния электронов гелием; [1] [2] однако Этторе Майорана был первым, кто открыл это явление. [3] Резонанс Фано — это эффект слабой связи, означающий, что скорость распада настолько высока, что гибридизации не происходит. [4] Связь изменяет свойства резонанса, такие как спектральное положение и ширина , а его форма линии приобретает характерный асимметричный профиль Фано. Поскольку это общее волновое явление, примеры можно найти во многих областях физики и техники.

История

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

Объяснение

Форма линии резонанса Фано обусловлена ​​интерференцией двух амплитуд рассеяния, одна из которых обусловлена ​​рассеянием в континууме состояний (фоновый процесс), а вторая — возбуждением дискретного состояния (резонансный процесс). Энергия резонансного состояния должна лежать в диапазоне энергий континуума (фоновых) состояний, чтобы эффект имел место. Вблизи резонансной энергии амплитуда фонового рассеяния обычно медленно меняется с энергией, в то время как амплитуда резонансного рассеяния быстро меняется как по величине, так и по фазе. Именно это изменение создает асимметричный профиль.

Для энергий, далеких от резонансной энергии, доминирует процесс фонового рассеяния. В пределах резонансной энергии фаза амплитуды резонансного рассеяния изменяется на . Именно это быстрое изменение фазы создает асимметричную форму линии. Э г е с {\displaystyle E_{\mathrm {res} }} 2 Г г е с {\displaystyle 2\Gamma _{\mathrm {res} }} π {\displaystyle \пи}

Фано показал, что полное сечение рассеяния принимает следующий вид: σ {\displaystyle \сигма}

σ ≈ ( д Г г е с / 2 + Э − Э г е с ) 2 ( Г г е с / 2 ) 2 + ( Э − Э г е с ) 2 {\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}}}}

где описывает ширину линии резонансной энергии, а q , параметр Фано, измеряет отношение резонансного рассеяния к амплитуде прямого (фонового) рассеяния. Это согласуется с интерпретацией в рамках теории разбиения Фешбаха–Фано . В случае, если амплитуда прямого рассеяния обращается в нуль, параметр q становится равным нулю, а формула Фано становится: Г г е с {\displaystyle \Gamma _ {\mathrm {res} }}

σ ( д = 0 ) ≈ ( Э − Э г е с ) 2 ( Г г е с / 2 ) 2 + ( Э − Э г е с ) 2 {\displaystyle \sigma (q=0)\approx {\frac {\left(E-E_{\mathrm {res} }\right)^{2}}{\left(\Gamma _{\mathrm {res} }/2\right)^{2}+\left(E-E_{\mathrm {res} }\right)^{2}}}}

Рассмотрение передачи показывает, что это последнее выражение сводится к ожидаемой формуле Брейта-Вигнера ( Лоренцевой ), как , трехпараметрической функции Лоренца (обратите внимание, что это не функция плотности и не интегрируется до 1, поскольку ее амплитуда равна 1, а не ). 1 − σ ( д = 0 ) ≈ ( Г г е с / 2 ) 2 ( Г г е с / 2 ) 2 + ( Э − Э г е с ) 2 = ф ( Э ; Э г е с , Г г е с / 2 , 1 ) {\displaystyle 1-\sigma (q=0)\approx {\frac {\left(\Gamma _{\mathrm {res} }/2\right)^{2}}{\left(\Gamma _{\ mathrm {res} }/2\right)^{2}+\left(E-E_{\mathrm {res} }\right)^{2}}}=f(E;E_{\mathrm {res} },\Gamma _{\mathrm {res} }/2,1)} я {\displaystyle Я} 2 / π Г г е с {\displaystyle 2/\pi \Gamma _ {\mathrm {res} }}

Примеры

Примеры резонансов Фано можно найти в атомной физике , ядерной физике , физике конденсированных сред , электрических цепях , микроволновой технике , нелинейной оптике , нанофотонике , магнитных метаматериалах [5] и в механических волнах. [ 6]

Фано можно наблюдать с помощью фотоэлектронной спектроскопии [7] и спектроскопии Рамана . [5] Это явление можно также наблюдать на видимых частотах с использованием простых стеклянных микросфер , которые могут позволить усилить магнитное поле света (которое обычно мало) на несколько порядков величины. [8]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "A. Bianconi Ugo Fano and shape frequency frequency in X-ray and Inner Shell Processes" Труды конференции AIP (2002): (19-я международная конференция в Риме, 24–28 июня 2002 г.) A. Bianconi arXiv: cond-mat/0211452 21 ноября 2002 г.
  2. ^ Фано, У. (15 декабря 1961 г.). «Влияние взаимодействия конфигураций на интенсивности и фазовые сдвиги». Physical Review . 124 (6). Американское физическое общество (APS): 1866–1878 . doi :10.1103/physrev.124.1866. ISSN  0031-899X.
  3. ^ Vittorini-Orgeas, Alessandra; Bianconi, Antonio (7 января 2009 г.). «От теории Майораны атомной автоионизации до резонансов Фешбаха в высокотемпературных сверхпроводниках». Журнал сверхпроводимости и нового магнетизма . 22 (3): 215–221 . arXiv : 0812.1551 . doi : 10.1007/s10948-008-0433-x. ISSN  1557-1939. S2CID  118439516.
  4. ^ Лимонов, Михаил Ф.; Рыбин Михаил Владимирович; Поддубный, Александр Н.; Кившарь, Юрий С. (2017). «Резонансы Фано в фотонике». Природная фотоника . 11 : 543–554 . doi : 10.1038/nphoton.2017.142.
  5. ^ ab Лукьянчук, Борис; Желудев, Николай И.; Майер, Стефан А.; Халас, Наоми Дж .; Нордлендер, Питер; Гиссен, Харальд; Чонг, Чонг Тоу (23 августа 2010 г.). "Резонанс Фано в плазмонных наноструктурах и метаматериалах". Nature Materials . 9 (9). Springer Nature: 707– 715. doi :10.1038/nmat2810. ISSN  1476-1122. PMID  20733610.
  6. ^ Мартинес-Аргуэльо, AM; Мартинес-Марес, М.; Кобиан-Суарес, М.; Баез, Г.; Мендес-Санчес, РА (1 мая 2015 г.). «Новый резонанс Фано в процессах измерения». EPL (Письма по еврофизике) . 110 (5): 54003. arXiv : 1502.03488 . дои : 10.1209/0295-5075/110/54003. ISSN  0295-5075. S2CID  124830448.
  7. ^ Tjernberg, O.; Söderholm, S.; Karlsson, UO; Chiaia, G.; Qvarford, M.; Nylén, H.; Lindau, I. (1996-04-15). "Резонансная фотоэлектронная спектроскопия на NiO". Physical Review B. 53 ( 15): 10372– 10376. doi :10.1103/PhysRevB.53.10372. ISSN  0163-1829. PMID  9982607.
  8. ^ Ван, ЗБ; Лукьянчук, БС; Юэ, Л.; Ян, Б.; Монкс, Дж.; Дхама, Р.; Минин, О.В.; Минин, И.В.; Хуан, С.; Федянин, А. (30 декабря 2019 г.). "Высокопоставленные резонансы Фано и гигантские магнитные поля в диэлектрических микросферах". Scientific Reports . 9 (1). Springer Nature Limited: 20293. doi : 10.1038/s41598-019-56783-3 . ISSN  2045-2322. PMC 6937277 . PMID  31889112. 
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Fano_resonance&oldid=1239999867"