محققين دانشگاه خليج فارس فرمول‌بندي جديدي ارائه کرده‌اند که با استفاده از آن مي‌توان شبيه‌سازي برهم‌کنش نور با نانوساختارها را با دقت بسيار بالا بر روي رايانه‌هاي معمولي اجرا کرد. اين فرمول‌بندي که مربوط به تعريف خواص اپتيکي سلول‌هايي است که در مرز اجسام به طور جزيي اشغال شده‌اند، امکان شبيه‌سازي با سلول‌هاي درشت‌تر را فراهم مي‌نمايد.

آقاي دکتر احمد محمدي، عضو هئيت علمي گروه فيزيک دانشگاه خليج فارس، محققي است که با بازنويسي روش FDTD (finite-difference time-domain) بر اساس معادلات انتگرالي ماکسول و اعمال شرايط مرزي، موفق به ارائه اين فرمول‌بندي جديد گرديده است. ايشان در گفتگو با بخش خبري سايت ستاد ويژه توسعه فناوري‌نانو، اظهار داشتند: " مطالعه برهم‌کنش نور با نانوذرات طلا، چگونگي تشکيل پلاسمون سطحي و ارتباط آن با خواص فيزيکي نانوذره (اندازه، شکل و خواص اپتيکي نانوذره و محيط اطراف) از اهميت ويژه‌اي برخوردار است. تنظيم و کنترل پلاسمون سطحي در نانوذرات فلزي (مانند طلا و نقره) کاربردهاي بسياري از قبيل انتشار نور در ابعاد نانو (زير حد پراش)، درمان تومور، تشخيص آلاينده‌ها، حسگرها و المانهاي نانوفوتونيک مانند سوئيچ، فيلتر در ابعاد نانو جهت ساخت مدارهاي مجتمع نانوفوتونيکي و غيره را به همراه دارد. از سويي ديگر در بسياري از مسائل مهم نانواپتيک که نيازمند محاسباتي با دقت بالا نياز هستند، به‌کارگيري روش FDTD استاندارد امکان‌پذير نيست. دليل اين امر حجم بسيار بالاي فضاي محاسباتي و نياز به حافظه و سرعت بالاي پردازنده است. با به کارگيري روش ارائه شده در اين کار تحقيقاتي براي مدلسازي برهم کنش نور با نانوساختارها، مي‌توان پارامترهاي مناسب نانوساختار را با توجه به کاربرد مورد نظر به طور دقيق تعيين نمود. بدين ترتيب هزينه بسيار بالاي طراحي و ساخت قطعات نانومتري را به طور قابل ملاحظه‌اي کاهش مي‌يابد. ازاينرو مؤسسات تحقيقاتي و صنعتي فعال در اين زمينه مي‌توانند از نتايج اين پژوهش استفاده نمايند."

دکتر محمدي در ادامه در مورد نحوه انجام اين تحقيق و به دست آوردن معادله به هنگام‌سازي ميدان‌ مغناطيسي، گفتند: "در اين کار تحقيقاتي، فرمول‌بندي جديدي با ترکيب روش Z-Transform(جهت وارد کردن فلز به فضاي FDTD ) و روش Contour Path (جهت اعمال شرايط مرزي مناسب در مرز فلز- دي‌الکتريک) براي معادلات به هنگام‌سازي ميدان‌هاي الکتريکي و مغناطيسي در سلول‌هاي واقع در مرز فلز- دي‌الکتريک که به طور جزئي اشغال شده‌اند، ارائه گرديده است. براي اين کار، ابتدا با استفاده از شکل انتگرالي قانون آمپر، رابطه ميان ميدان‌ مغناطيسي و بردارهاي جابه‌جايي الکتريکي واقع در درون و بيرون فلز، به دست آمده است. سپس با استفاده از شرايط مرزي، ارتباط بين اين دو بردار پيدا شده و فقط يکي از اين دو (و يا متوسط آنها) در حافظه ذخيره مي‌شود. با استفاده از روابط ساخت مندي در فضاي Z و شرايط مرزي، ميدانهاي الکتريکي درون و بيرون فلز از بردار جابه‌جايي الکتريکي ذخيره شده، محاسبه مي‌گردد. در پايان با به کارگيري شکل انتگرال‌گيري قانون فاراده، معادله به هنگام‌سازي ميدان‌ مغناطيسي به دست مي‌آيد."

با استفاده از روش ارائه شده در اين کار تحقيقاتي، نرم‌افزاري تهيه شده است که ‌امکان مدلسازي برهم‌کنش نور با نانوساختارهاي فلزي (مانند نانوذرات) را با دقت بسيار بالا فراهم مي‌نمايد.

اين پژوهش با همکاري دکتر تهمينه جلالي، دکتر ماريو آجيو ازگروه نانواپتيک دانشگاه اي.تي.اچ زوريخ (زير نظر پروفسور وحيد صندوقدار) و پروفسورکريستين هافنر از گروه اپتيک محاسباتي دانشگاه اي.تي.اچ زوريخ، انجام شده است.

جزئيات اين طرح که از حمايت‌هاي تشويقي ستاد بهره‌مند شده، در مجله OPTICS EXPRESS (جلد 16، شماره 10، صفحات7406 -7397) منتشر گرديده است.