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Mise en évidence de l'auto-absorption et du couplage interne au sein des agrégats fractals

C. ARGENTIN (1), M.J. BERG (2), M. MAZUR (1), R. CÉOLATO (3), J. YON (1)

1. CORIA, UNIROUEN, INSA Rouen, Rouen, France
2. Department of Physics, Kansas State University, USA
3. ONERA, The French Aerospace Lab, Université de Toulouse, Toulouse, France

[2022]

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Résumé

La théorie de Rayleigh-Debye-Gans (RDG) pour les agrégats fractals (FA) est, du fait de sa simplicité, fréquemment utilisée dans le calcul des propriétés radiatives des nano-agrégats. Néanmoins, elle reste très restrictive dans son utilisation. En effet, elle impose un indice optique proche de celui d'un milieu transparent et un diamètre des sphérules primaires négligeable devant la longueur d'onde. Si ces conditions ne sont pas remplies, des facteurs correctifs sont à appliquer, A pour la diffusion avant (dans le sens de la source lumineuse) et h pour l'absorption. L'objectif de cette étude est de comprendre l'origine physique de ces déviations en analysant le champ électrique interne des agrégats. Nous montrons pour différents paramètres morphologiques des agrégats que deux phénomènes sont à l'origine de ces déviations : l'auto-absorption de la lumière par les particules et les point-chauds du champ électromagnétique interne se produisant au niveau du contact entre les sphérules. Enfin, nous proposons un modèle semi-empirique basé sur nos observations pour calculer les correctifs A et h.


Mots clés

RDG-FA, Agrégats fractals, Couplage interne, Diffusion et absorption

Abstract

The Rayleigh-Debye-Gans (RDG) theory for fractal aggregates (FA) is, due to its simplicity, frequently used to evaluate the radiative properties of nano-aggregates. Nevertheless, it remains very restrictive in its use. Indeed, it imposes an optical index close to 1 and a primary sphere's diameter small compared to the wavelength. If these conditions are not met, corrective factors have to be applied namely A for the forward scattering (in the direction of the light source) and h for absorption. The objective of this study is to understand the origin of these deviations by analysing the internal electric field of the aggregates. We show, for different morphological parameters of the aggregates, that two phenomena are at the origin of these deviations: the self-absorption of the light by the particle and the hot-spots of the internal electromagnetic field occurring at the contact between the primary spheres. Finally, we propose a semi-empirical model based on our observations to calculate A and h.


Keywords

RDG-FA, Fractal aggregates, Internal coupling, Scattering and absorption

DOI

10.25576/ASFERA-CFA2022-27898

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