Застосовані еволюційні алгоритми для пошуку ефективної наноантенны — аналога традиційних антен

Четверо фізиків з Німеччини застосували еволюційні алгоритми для пошуку ефективної наноантенны — аналога традиційних антен, призначеного для роботи в оптичному діапазоні. Проектуючи пристрої такого типу, інженери зазвичай орієнтуються на перевірені моделі радіохвильових антен. Ніхто, однак, не гарантує, що просте зменшення давно відомих схем у розмірах забезпечить найкращі результати: оптичне випромінювання взаємодіє з мініатюрними металевими елементами не зовсім так, як бездротовий з більш великими деталями.

Оптимізаційні алгоритми, що дозволяють моделювати процес еволюції з природним відбором, передачею та закріпленням рис, які сприяють «виживання», і мутаціями, ідеально підходять саме для вивчення нових та неочевидних конструкцій. «Така методика виявлення перспективних варіантів наноантенн вже використовувалася, — зауважує керівник німецької групи Торстен Фейхтнер (Thorsten Feichtner) з Вюрцбурзького університету. — Але попередні дослідження обмежувалися оптимізацією форми, розмірів та розташування якихось окремих елементів пристрою. Ми ж розглядали довільні геометричні форми, що складаються з безлічі незалежних один від одного компонентів».

Цими компонентами стали золоті блоки фіксованого розміру 10×10×11 нм3, які могли займати осередку квадратної матриці розміром 21×21. Часу на аналіз усіх ~4•10132 способів розміщення блоків вченим, зрозуміло, не вистачило б, а от виділити і розглянути найбільш «пристосовані» до зовнішньої середовищі модифікації було не так вже й складно. Критерієм пристосованості автори вважали здатність створювати високу напруженість ближнього поля у фокусі оптичного гаусового пучка випромінювання на довжині хвилі в 647 нм.

Зліва зверху показана оптимізована схема наноантенны, праворуч — діаграма напрямків і сили струмів в її центральній частині, знизу — спрощений варіант пристрою. (Ілюстрація авторів роботи.)

Переможцем еволюційного битви стала дуже незвичайна схема розташування золотих блоків, показана на малюнку вище. Можна помітити, що в її центрі виділяються дві стержнеобразные структури, розділені невеликим проміжком, а прямо під цим розривом знаходиться блок, створює маршрут для протікання струму між стрижнями. На периферії золоті елементи розміщуються, як здається, випадковим чином.

«Знайдена структура, очевидно, занадто складна, і ми не можемо точно охарактеризувати всі її ділянки», — визнає пан Фейхтнер. Прагнучи спростити завдання, фізики окремо розглянули центральну область схеми, представивши її у вигляді довгого вигнутого нанодроти. Як з’ясувалося, така наноантенна, виготовити яку буде неважко, за своїми характеристиками мало відрізняється від початкового переусложненного варіанти.

Підготовлено за матеріалами Physicsworld.Com і arXiv.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *