Введение
Квазинормальные моды (QNM) — это моды затухания энергии возмущенного объекта или поля, то есть они описывают возмущения поля, которые со временем затухают.
Математическая физика
В теоретической физике квазинормальный режим — это формальное решение линеаризованных дифференциальных уравнений (например, линеаризованных уравнений общей теории относительности, ограничивающих возмущения вблизи решения чёрной дыры) с комплексным собственным значением (частотой). Чёрные дыры обладают множеством квазинормальных режимов (также называемых колебательными режимами), описывающих экспоненциальное убывание асимметрии чёрной дыры со временем по мере её эволюции к идеальной сферической форме. В последнее время свойства квазинормальных режимов проверялись в контексте соответствия AdS/CFT. Кроме того, было предложено, что асимптотическое поведение квазинормальных режимов может быть связано с параметром Иммирци в петлевой квантовой гравитации, однако убедительных доказательств пока не найдено.
Электромагнетизм и фотоника
Существует два основных типа резонаторов в оптике. В первом типе высокая добротность (Q-фактор) оптической микрополости достигается с помощью диэлектрических оптических материалов без потерь, при этом объемы мод составляют порядка кубической длины волны и по существу ограничены дифракционным пределом. Примерами микрополостей с высокой добротностью являются микростолбовые резонаторы, микротороидальные резонаторы и фотонные кристаллические резонаторы. Во втором типе резонаторов характерный размер значительно меньше дифракционного предела, как правило, на 2-3 порядка величины. В таких малых объемах энергия накапливается в течение короткого времени. Плазмонная наноантенна, поддерживающая локализованный поверхностный плазмонный квазинормальный мод, по сути, является неэффективной антенной, излучающей энергию, а не накапливающей ее. Таким образом, когда оптический мод становится существенно меньше длины волны во всех трех измерениях, независимо от его формы, добротность ограничивается значением около 10 или меньше. Формально, резонансы (то есть квазинормальные моды) открытых (неэрмитовых) электромагнитных микро- или нанорезонаторов определяются путем решения уравнений Максвелла без источников в гармонической временной зависимости с использованием комплексной частоты, где действительная часть представляет собой резонансную частоту, а мнимая часть – скорость затухания. Затухание обусловлено потерями энергии из-за утечки (резонатор связан с окружающим пространством) и/или поглощения в материале. Существуют решатели квазинормальных мод для эффективного вычисления и нормализации различных типов мод плазмонных нанорезонаторов и фотонных микрополостей. Правильная нормализация моды приводит к важному понятию объема моды для неэрмитовых (открытых и с потерями) систем. Объем моды напрямую влияет на физику взаимодействия света и электронов с оптическим резонансом, например, на локальную плотность электромагнитных состояний, эффект Пёрселя, теорию возмущений полости, сильное взаимодействие с квантовыми излучателями и сверхизлучение.
Биофизика
В вычислительной биофизике квазинормальные моды, также называемые квазигармоническими модами, выводятся из диагонализации матрицы корреляций атомных флуктуаций в одинаковый момент времени.