Супер резонанс: резонансные моды высокого порядка приводят к гигантской локализации и усилению поля

Игорь Владиленович Минин,Олег Владиленович Минин

ПРЕПРИНТ

Эта статья является препринтом и не была отрецензирована.
О результатах, изложенных в препринтах, не следует сообщать в СМИ как о проверенной информации.

Супер резонанс: резонансные моды высокого порядка приводят к гигантской локализации и усилению поля

И. В. Минин,

О. В. Минин

2026-05-14

https://doi.org/10.24108/preprints-3115231

При изучении акустического суперрассеяния на упругих полостях в середине 1980-х г. впервые, по-видимому, был введен термин «суперрезонанс». С тех пор суперрезонансные явления наблюдались на масштабах от атомных ядер до планет в Солнечной системе, в оптике, механике, фотонике и квантовой физики. В общем случае суперрезонансную структуру в различных областях физики можно определить как систему, в которой резонансные явления превосходят классические пределы – по добротности, ширине резонансного пика или полосе пропускания, радиационному отклику в дальней зоне или длине модального взаимодействия. В настоящем кратком обзоре демонстрируется, что явления суперрезонанса из различных областей физики объединяет общий механизм: узкополосной интенсивный спектральный пик принципиально ограничивается модовым составом - резонансные моды высокого порядка приводят к гигантской локализации и усилению поля. Взаимодействие широкого спектра мод с одной резонансной модой в условиях режима сильной связи, характеризующего суперрезонанс, является фундаментальной концепцией в мезотронике, фотонике и оптики, квантовой физики.

Ссылка для цитирования:

Минин И. В., Минин О. В. 2026. Супер резонанс: резонансные моды высокого порядка приводят к гигантской локализации и усилению поля. PREPRINTS.RU. https://doi.org/10.24108/preprints-3115231

Список литературы

1. Frova, A. and Marenzana, M. 2006, Thus spoke Galileo: the great scientist’s ideas and their relevance to the present day, Oxford University Press, 493 p.

2. Bleck-Neuhaus, J. Mechanical resonance: 300 years from discovery to the full understanding of its importance. DOI 10.13140/RG.2.2.27016.88329. (2018).

3. Buchanan, M. Going into resonance. Nat. Phys. 15, 203 (2019). https://doi.org/10.1038/s41567-019-0458-z

4. I. Tolstoy, Superresonant systems of scatterers. i, The Journal of the Acoustical Society of America 80, 282 (1986).

5. I. Tolstoy, "Properties of superresonant systems of spherical scatterers," IEEE Journal of Oceanic Engineering, 12(2), 327-332 (1987). doi: 10.1109/JOE.1987.1145264.

6. I.V Minin and O. V. Minin. Extreme effects in field localization of acoustic wave: super-resonances in dielectric mesoscale sphere immersed in water. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng.516, 012042 (2019).

7. C. Michavila, I. V. Minin, O. V. Minin, A. Uris. Super-resonances in a dielectric mesoscale sphere immersed in water: effects in extreme field localization of acoustic wave. Proc. Mtgs. Acoust. 38, 070001 (2019)

8. Bovsunovskii, A.P., Surace, C. & Bovsunovskii, O.A. The effect of damping and force application point on the non-linear dynamic behavior of a cracked beam at sub-and superresonance vibrations. Strength Mater 38, 492–497 (2006). https://doi.org/10.1007/s11223-006-0068-8

9. A. R. Harris, A. Kianfar, D. Roca, D. Yago, C. Brehm and M. I. Hussein. Super-resonance: Breaking the bandwidth limit of resonant modes and its application to flow control. Phys. Rev. X (2026). DOI 10.1103/766t-tqsy

10. Williams, James G.; Benson, G. S. (1971). "Resonances in the Neptune-Pluto System". Astronomical Journal. 76: 167. doi:10.1086/111100

11. Barnes, R."Laplace Resonance". In Gargaud, M. (ed.). Encyclopedia of Astrobiology. Springer Science+Business Media. pp. 905–906 (2011). doi:10.1007/978-3-642-11274-4_864

12. F. Paita , A. Celletti , and G. Pucacco. Element history of the Laplace resonance: a dynamical approach. Astronomy Astrophysics 617, A35 (2018) https://doi.org/10.1051/0004-6361/201832856

13. Smirnov, A. S. and Smolnikov, B. A. 2020, “Double pendulum research history”, History of Science and Engineering, no. 12, pp. 3-12.

14. X.-S. Wan, T.-Y. Huang, K. A. Innanen. The 1:1 superresonance in Pluto’s motion. The Astronomival Journal, 121, 1155-1162 (2001)

15. R. Kobes. Superresonance effect and energy flow in acoustic black holes. Canadian Journal of Physics 84(6-7) (2006)

16. S. Basak and P. Majumdar. ‘Superresonance’ from a rotating acoustic black hole. Class. Quantum Grav. 20, 3907 (2003).

17. M. A. Anacleto, F. A. Brito, and E. Passos. Noncommutative analogue Aharonov-Bohm effect and superresonance. Phys. Rev. D 87, 125015 (2013). DOI 10.1103/PhysRevD.87.125015

18. H. Tang, Z. Shi, Y. Zhzng, R. Li, B. We, S. Gong, I. V. Minin, O. V. Minin. Unusual Optical Phenomena Inside and Near a Rotating Sphere: the Photonic Hook and Resonance. Optics Express 32, 7, 12950 (2024)

19. J. I. McDonald and S. A. R. Ellis. Resonant Conversion of Gravitational Waves in Neutron Star Magnetospheres. Phys. Rev. D 110, 103003 (2024)

20. O. Gat, M. Lein and S. Teufel. Resonance phenomena in the interaction of a many-photon wave packet and a qubit. J. Phys. A: Math. Theor. 46, 315301 (2013)

21. Б.С. Ишханов, Н.П. Юдин. Гигантские резонансы в атомных ядрах. Физика элементарных частиц и атомного ядра, 31(2), 313-349 (2000).

22. P. F. Bortignon, A. Bracco, R. A. Broglia: Giant Resonances, Contemporary Concepts in Physics, CRC Press, 1998

23. I. Liberal, I. Ederra, R. Gonzalo, and R. W. Ziolkowski, "Magnetic dipole super-resonances and their impact on mechanical forces at optical frequencies," Opt. Express 22, 8640-8653 (2014)

24. Рыбин М.В., Лимонов М.Ф. Резонансные эффекты в фотонных кристаллах и метаматериалах // УФН, 189, 8, 881–892 (2019).

25. Ю. В. Гуляев, О. С. Сухорукова, А. С. Тарасенко, С. В. Тарасенко, В. Г. Шавров. “Суперрезонансные” состояния в спектре вытекающих поверхностных магнонных поляронов. Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 2022, T. 505, № 1, стр. 10-15. DOI: 10.31857/S2686740022040034

26. J. A. Gordon and R. W. Ziolkowski, The design and simulated performance of a coated nano-particle laser, Optics Express 15, 2622 (2007).

27. M. V. Rybin, K. L. Koshelev, Z. F. Sadrieva, K. B. Samusev, A. A. Bogdanov, M. F. Limonov, and Y. S. Kivshar, High-q supercavity modes in subwavelength dielectric resonators, Physical review letters 119, 243901 (2017).

28. I. Lukosiunas, L. Grineviciute, J. Nikitina, D. Gailevicius, and K. Staliunas. Extremely Narrow, Sharp-Peaked Resonances at the Edge of the Continuum. Phys. Rev. A 107, L061501 (2023).

29. Rybin, M.V., Kivshar, Y. Metaphotonics with subwavelength dielectric resonators. npj Nanophoton. 1, 43 (2024). https://doi.org/10.1038/s44310-024-00041-6

30. J.-Q. Yuan, B. Zhao, L.-S. Sun, L.-T. Wu, T.-J. Guo, M. Kang, and J. Chen, "Optical super-resonance in a customized P T-symmetric system of hybrid interaction," Opt. Express 29, 24663-24673 (2021)

31. P. Malara, C. E. Campanella, A. Giorgini, S. Avino, P. De Natale & G. Gagliardi. Super-Resonant Intracavity Coherent Absorption. Scientific Reports 6, 28947 (2016). DOI: 10.1038/srep28947

32. L. Li, F. Li, and T. J. Cui, "Feasibility of resonant metalens for the subwavelength imaging using a single sensor in the far field," Opt. Express 22, 18688-18697 (2014). DOI 10.1364/OE.22.018688

33. Minin I.V., Minin O.V., Cao Y.H., Yan B., Wan B., B. Luk’yanchuk. Photonic lenses with whispering gallery waves at Janus particles. Opto-Electron. Sci. 1, 210008 (2022). DOI: 10.29026/oes.2022.210008

34. Z.Wan, B. Luk’yanchuk, L. Yue, B. Yan, J. Monks, R. Dhama, O. V. Minin, I. V. Minin, S. Huang, and A. A. Fedyanin, High order Fano resonances and giant magnetic fields in dielectric microspheres, Scientific Reports 9, 20293 (2019).

35. O. V. Minin, S. Zhou, and I. V. Minin. Optical super-resonances in mesoscale dielectric cenosphere: giant magnetic field generations. Annalen der physik, 535(12), 2300337 (2023)

36. I. V. Minin and O. V. Minin. The Superresonance: The Discovery That Was Not Done More Than One Hundred Years Ago. Atmospheric and Oceanic Optics 2024, Vol. 37, No. 3, pp. 293–301

37. V. V. Klimov. On the existence of `supercavity modes' in sub-wavelength dielectric resonators and their relation to bound states in the continuum. Physics Uspekhi 62 (10), 1058 - 1059 (2019).

38. И.В.Минин, О.В.Минин, С.Джоу. Фано резонанс высокого порядка в диэлектрической мезоразмерной сфере из материала с низким показателем преломления. Письма в ЖЭТФ, 116(3), 146 – 150 (2022).

39. Minin, I.V., Minin, O.V., Zhou, S., B. Luk’yanchuk. High order Fano resonance in the time domain for a freezing water microdroplet. Sci Rep 14, 24118 (2024). https://doi.org/10.1038/s41598-024-74425-1

40. O. V. Minin, S. Zhou, and I. V. Minin. Optical super-resonances in mesoscale dielectric cenosphere: giant magnetic field generations. Annalen der physik, 535(12), 2300337 (2023)

41. О. В. Минин, И. В. Минин, S. Zhou. Эффект суперрезонанса в микронной сфере из боросиликатного стекла в оптическом диапазоне. Автометрия 58(5), 98-104 (2022)

42. P. Chyiek, J. D. Pendleton, and R. G. Pinnick. Internal and near-surface scattered field of a spherical particle at resonant conditions // Appl Opt 24(23), 3940 (1985).

43. I. V. Minin, O. V. Minin, S. Zhou. Features of the Generation of Extreme Electromagnetic Fields in a Mesoscale Dielectric Sphere with Regard to the Environment. Tech. Phys. Lett. 48(18), 41–44 (2022).

44. Yue, L, Wan, Z, Yan, B, Monks, J, Joya, Y, Dhama, R, Minin, O.V. and Minin, I.V. Super-Enhancement Focusing of Teflon Spheres // Ann. Phys. (Berlin) 2020. 532, N 10. P.2000373.

45. Yue, L, Yan, B, Monks, J, Dhama, R, Jiang, C, Minin, O.V., Minin, I.V. & Wan, Z. Full three-dimensional Poynting vector flow analysis of great field-intensity enhancement in specifically sized spherical-particles // Sci. Rep. 2019. 9, P.20224.

46. Y.E. Geints, I.V. Minin, O.V. Minin. Magnetic whispering-gallery super-resonance. Optics Communications 554, 130149 (2024)

47. Минин И.В., Минин О.В. Мезотроника: открытия, которые не были сделаны более 100 лет назад. Новосибирск, СГУГиТ, 2025. 186 с. ISBN 978-5-907998-27-8

48. T. Lee, H.-S. Kwon, X. Li, Z. Yu, T. Kimura, Y. Tadokoro, and H. Iizuka. Surface acoustic wave direction sensing enabled by resonant mode interference in a single micropillar resonator. Phys. Rev. B 111, 174101 (2025).

49. J. Larson, T. Mavrogordatos, S. Parkins, and A. Vidiella-Barranco, "The Jaynes–Cummings model: 60 years and still counting," J. Opt. Soc. Am. B 41, JCM1-JCM4 (2024)

50. L. Jordao, S. Chattaraj, Q. Huang, S. Lu, J. Zhang, A. Madhukar. Single photon superradiance enhanced light-matter interaction in spatially ordered shape and volume controlled single quantum dots: enabling on-chip photonic networks. Nanophotonics. 14(19), 3157-3168 (2025). doi: 10.1515/nanoph-2025-0270.

51. A. Vaskin, J. Bohn, K. E. Chong, T. Bucher, M. Zilk, D.-Y. Choi, D. N. Neshev, Y. S. Kivshar, T. Pertsch, and I. Staude. Directional and Spectral Shaping of Light Emission with Mie-Resonant Silicon Nanoantenna Arrays. ACS Photonics 2018, 5, 4, 1359–1364

52. Dicke, R. H. Coherence in spontaneous radiation processes. Phys. Rev. 93, 99–110 (1954).

53. Meiser, D., Ye, J., Carlson, D. R. & Holland, M. J. Prospects for a millihertz-linewidth laser. Phys. Rev. Lett. 102, 163601 (2009).

54. Thorne, K. S. Black Holes and Time Warps: Einstein’s Outrageous Legacy 430–435 (Norton, New York, NY, 1994).

55. Angerer, A., Streltsov, K., Astner, T. et al. Superradiant emission from colour centres in diamond. Nature Phys 14, 1168–1172 (2018). https://doi.org/10.1038/s41567-018-0269-7

ПРЕПРИНТ

ИНФОРМАЦИЯ

Использование куки-файлов