在如今的電磁學和光學相關的科研論文中，模擬計算的使用越來越受到科研人員的青睞。通過模擬計算能夠清楚的將電場，光場在空間中的分布顯示出來，將微觀物理化學變化的機理清楚的展現出來，能為文章提供有力的理論支撐。那么具體來講光學和電磁學的模擬能解決什么樣的問題呢？下面我們來看一些高檔次文章中的具體例子，看看如何使用模擬提高文章的質量和檔次。
1. 模擬計算各種靜電場分布,如電池領域\化學反應領域（Nature, 2016, 537(7620): 382.）
這篇文章設計了尖狀的電化學反應電極，模擬了CO2氣體被針尖吸附并發生化學反應過程，金屬針尖會局域靜電場，使得電場強度增強加速CO2吸附并產生快速化學反應。
2. 光學超材料設計 （Science,2015, 347(6228): 1342-1345.）
光學超材料就是通過設計特殊的周期性結構，使得材料具有特殊光學性質。在超材料的設計過程中，必然會使用模擬計算驗證結構的可行性。圖中設計三角形結構后形成周期性陣列，整體實現了超表面結構。這種結構在不同光波長下響應不同，可以實現納米光學的匯聚和操控。
3.光催化（Nature communications, 2017, 8: 14542.）
文章設計立方體納米金塊，不同位置由于電場局域程度不一樣，催化效果也對應的改變。通過模擬計算得到了納米金塊不同區域的電場強度和反應的活化能，結果顯示電場強的區域活化能更小，反應速率更快。
4.極化激元 （NatureCommunications, 2017, 8: 15624.）
極化激元能過增強局部電場強度，從而在光譜，催化等材料科學領域廣泛應用。圖中設計二維材料的納米棒，通過在納米棒不同位置激發，可以通過電磁場分析產生的極化激元的情況。
5.光學器件設計，天線、光纖、波導、濾波器、調制器、傳感器 （Nature Photonics, 2017, 11(8): 486.）
文章中設計了二維材料和半導體異質結構，通過此結構設計成低損耗的光波導器件，在分析器件工作之前，可先通過模擬計算得到器件的波導模式分布和損耗。在光學器件的設計中提前模擬計算往往是必不可少的。
6.光譜計算（可見、紅外）：各種器件、二維材料和分子等光譜計算 （Science, 2018, 360(6393): 1105-1109.）
通過模擬還可以計算各種光譜。例如這篇Science的工作，利用像素化的介質超表面結構，能夠精確讀取不同有機分子特有的吸收峰，并呈現出類似“條形碼”的二維空間圖像，有望應用于新型高靈敏中紅外分子檢測設備。其中背后的物理機制的分析可通過電磁仿真模擬得出來的，模擬和實驗結構也高度吻合。
以上文獻中的模擬是如何實現的呢？目前有許多成熟的有限元模擬軟件可以實現各種光學和電磁的模擬。例如COMSOL是科研領域主流的模擬光學和電磁領域的有限元模擬軟件。以上文獻中的模擬我們都可以用COMSOL實現。COMSOL在多物理場領域有先天優勢，涉及電磁領域、流體力學、化學工程、熱傳遞等領域。其中在電磁領域應用特別廣泛，從普通電容器到高端的5G信號仿真，都能給出精確的數值解以及電磁分布，計算能力非常強大。上面列舉的案例，只是科研文章中的九牛一毛。COMSOL的強大計算能力，能給出我們實驗上理論指導、驗證以及分析，為文章發表到Nature、Science等期刊上極大的助力。相信未來COMSOL為電磁領域仿真模擬帶來更多成功和驚喜。
