00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) IF - INSTITUTO DE FÍSICA Dissertações e Teses defendidas na UFAL - IF
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Tipo: Tese
Título: Séries divergentes, aproximantes de padé e espalhamento da luz
Autor(es): Rebouças, Jonathan Alves
Primeiro Orientador: Brandão Filho, Paulo César Aguiar
metadata.dc.contributor.referee1: Almeida, Guilherme Martins Alves de
metadata.dc.contributor.referee2: Cavalcanti, Solange Bessa
metadata.dc.contributor.referee3: Pinheiro, Felipe Arruda de Araújo
metadata.dc.contributor.referee4: Pires, Danilo Gomes
Resumo: O espalhamento de luz é um fenômeno físico muito importante quando o assunto é o estudo da interação radiação-matéria. Tal fenômeno pode ser abordado tanto para descobrir padrões de espalhamento de certos materiais, como a determinação da estrutura cristalina utilizando raios-X, quanto para produzir materiais com características específicas de espalhamento que produzam aplicações úteis, como os metamateriais. Do ponto de vista mais formal da teoria, as diversas equações nem sempre oferecem soluções analíticas e são, na maioria dos casos, bem intratáveis. Portanto, é comum recorrer a métodos de aproximação quando buscamos resolver problemas de espalhamento. Dentre eles, destaca-se o método perturbativo, que consiste em assumir que o campo espalhado pode ser escrito como uma série de potências infinita. O problema é então substituído por vários outros menores, presumivelmente mais tratáveis, que permitem encontrar soluções aproximadas para uma série de casos de interesse físico. A série de Born é a mais comumente utilizada para representar o campo espalhado nesses problemas. Para espalhamentos em que a luz interage fracamente com o material (espalhamento fraco), o truncamento dessa série infinita no primeiro termo com potência não nula (primeira aproximação de Born) já representa uma boa aproximação da solução do problema. Todavia, para espalhamentos onde a luz interage fortemente com o material (espalhamento forte), observamos que a primeira aproximação de Born falha em descrever o resultado. Essa fragilidade da aproximação de Born ocorre tanto em materiais hermitianos quanto não-hermitianos, sendo, algumas vezes, mais acentuado nesses últimos. Segue daí a necessidade de buscarmos métodos aproximativos que forneçam bons resultados tanto para espalhamentos fracos quanto para espalhamentos fortes, bem como para qualquer tipo de material. Os aproximantes de Padé surgem como uma ferramenta promissora para esse fim, uma vez que usualmente geram regiões de convergência maiores quando comparadas com a respectiva série de Born. Neste trabalho, aplicamos os aproximantes de Padé para uma série de problemas de interesse físico. Para certas escolhas de parâmetros, a substituição da solução analítica pela série de Born tende a divergir. A partir da análise realizada verificamos que os aproximantes de Padé são uma ferramenta extremamente útil para descrever o espalhamento de luz tanto em regimes fracos quanto em regimes fortes, bem como em materiais não-hermitianos.
Abstract: Light scattering is a very important physical phenomenon when it comes to the study of radiation-matter interaction. This phenomenon can be approached to discover scattering patterns of certain materials, such as determining crystal structures using X-rays, or to produce materials with specific scattering characteristics that result in useful applications, such as metamaterials. From a more formal theoretical perspective, the various equations do not always offer analytical solutions and are, in most cases, quite intractable. Therefore, it is common to resort to approximation methods when seeking to solve scattering problems. Among them, the perturbative methods stands out, which consists of assuming that the scattered field can be written as an infinite power series. The problem is then replaced by several smaller ones, presumably more manageable, which allow finding approximate solutions for a series of physically interesting cases. The Born series is the most commonly used to represent the scattered field in these problems. For scatterings in which light interacts weakly with the material (weak scattering), truncating this infinite series at the first non-zero power term (first Born approximation) already represents a good approximation of the problem solution. However, for scatterings where light interacts strongly with the material (strong scattering), we observe that the first Born approximation fails to describe the result. This fragility of the Born approximation occurs in both Hermitian and non-Hermitian materials, sometimes being more pronounced in the latter. Hence, the need to seek approximate methods that provide good results for both weak and strong scatterings, as well as for any type of material. Padé approximants emerge as a promising tool for this purpose since they usually generate larger convergence regions when compared to the respective Born series. In this work, we apply Padé approximants to a series of physically interesting problems. For certain parameter choices, replacing the analytical solution with the Born series tends to diverge. From the analysis performed, we verify that Padé approximants are an extremely useful tool for describing light scattering in both weak and strong regimes, as well as in non-Hermitian materials.
Palavras-chave: Luz – Espalhamento
Série de Born (Espalhamento)
Aproximantes de Padé
Born series
Padé approximant
Light scattering
Non-hermitian material
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Alagoas
Sigla da Instituição: UFAL
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Física
Citação: REBOUÇAS, Jonathan Alves. Séries divergentes, aproximantes de padé e espalhamento da luz. 2023. 132 f. Tese (Doutorado em Física) – Programa de Pós-Graduação em Física, Instituto de Física, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2023.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/11129
Data do documento: 31-mar-2023
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