Effects of anisotropy on absorption cross-section spectra of medium-sized spheroidal corundum particles
Effects of anisotropy on absorption cross-section spectra of medium-sized spheroidal corundum particles
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各向异性对中等尺寸球状刚玉颗粒吸收截面光谱的影响
DOI：
10.1051/0004-6361/202038931
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发表时间：
--
影响因子：
6.5
通讯作者：
Th. G. Mayerhöfer
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
S. Höfer;H. Mutschke;Th. G. Mayerhöfer
人们普遍认为，刚玉颗粒在富氧渐近巨分支星的大气中凝结，并有效地产生13μm的红外发射特征。实验室实验预测这些颗粒具有扁球体的形状。目的研究单轴刚玉材料的各向异性对中等尺寸球体颗粒在红外光谱区吸收截面光谱的影响。方法将有限差分时域模拟得到的各向异性刚玉颗粒的吸收截面光谱与相应虚拟各向同性材料的加权和近似计算的光谱进行比较，其中一种材料具有介电函数为 a-b 面，另一个为刚玉的 c 轴介电函数。我们对球体的不同轴比、颗粒体积、介电轴与颗粒轴的不同几何形状以及入射光的偏振和传播方向进行了研究。结果我们观察到了一些非相加的各向异性效应，因此它们不能用各向同性材料的组合光谱重现。结论在用更简单的方法计算刚玉红外光谱时应小心。当考虑 1μm 以上的颗粒尺寸时，T 矩阵形式可为许多（但不是所有）带提供正确的带位移和体模式。对于取向平均光谱和 0.1μm 尺寸范围内的颗粒来说，这一点仍然成立。
ContextIt has been widely accepted that corundum particles condense in the atmospheres of oxygen-rich asymptotic giant branch stars and effectively produce an infrared emission feature at 13μm. Laboratory experiments have predicted that these particles have the shape of oblate spheroids.AimsWe investigate the influence of the material anisotropy of uniaxial corundum on absorption cross section spectra of medium sized spheroidal particles in the infrared spectral region.MethodsWe compared absorption cross-section spectra of the anisotropic corundum particles gained by finite-difference time-domain simulations to spectra calculated by a weighted sum approximation of the according fictive isotropic materials, with one material having the dielectric function of thea–b-plane and the other having the dielectric function of thec-axis of corundum. We carried out investigations for different axes ratios of the spheroids, particles volumes, and different geometries of the dielectric axes to the particle axes as well as to the polarization and propagation direction of the incident light.ResultsWe observed several effects attributed to anisotropy that are non-additive, so that they cannot be reproduced with the combined spectra of the isotropic materials.ConclusionsCare should be taken when calculating the corundum infrared spectrum with simpler approaches. When particle sizes above 1μm are to be considered, the T-matrix formalism delivers correct band shifts and bulk modes for many, but not all bands. This remains true in orientation-averaged spectra and for particles in the 0.1μm size range.
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