<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="2.3" xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Mater.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Materials</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Mater.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2296-8016</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">739116</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fmats.2021.739116</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Materials</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Electromagnetic Response of Clustered Charged Particles</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Ye et&#x20;al.</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">Electromagnetic Response of Clustered Charged Particles</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Ye</surname>
<given-names>Wenzheng</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Hu</surname>
<given-names>Xiaofeng</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Zhou</surname>
<given-names>Shuai</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Chi</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff5">
<sup>5</sup>
</xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Jiang</surname>
<given-names>Jing</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff3">
<sup>3</sup>
</xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1402675/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>Ting</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff4">
<sup>4</sup>
</xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Gao</surname>
<given-names>Fei</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff5">
<sup>5</sup>
</xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/796573/overview"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1">
<label>
<sup>1</sup>
</label>Key Lab. of Advanced Micro/Nano Electronic Devices &#x26; Smart Systems of Zhejiang, College of Information Science and Electronic Engineering, Zhejiang University, <addr-line>Hangzhou</addr-line>, <country>China</country>
</aff>
<aff id="aff2">
<label>
<sup>2</sup>
</label>National Key Laboratory of Electromagnetic Environment Effects, <addr-line>Shijiazhuang</addr-line>, <country>China</country>
</aff>
<aff id="aff3">
<label>
<sup>3</sup>
</label>School of Applied Science, Beijing Information Science and Technology University, <addr-line>Beijing</addr-line>, <country>China</country>
</aff>
<aff id="aff4">
<label>
<sup>4</sup>
</label>Beijing Research Institute of Telemetry, <addr-line>Beijing</addr-line>, <country>China</country>
</aff>
<aff id="aff5">
<label>
<sup>5</sup>
</label>International Joint Innovation Center, ZJU-UIUC Institute, Zhejiang University, <addr-line>Haining</addr-line>, <country>China</country>
</aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Edited by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/222488/overview">Yu Luo</ext-link>, Nanyang Technological University, Singapore</p>
</fn>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Reviewed by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1247889/overview">Dezhuan Han</ext-link>, Chongqing University, China</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1263640/overview">Cai Tong</ext-link>, Zhejiang University, China</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/275442/overview">Hao Chi Zhang</ext-link>, Southeast University, China</p>
</fn>
<corresp id="c001">&#x2a;Correspondence: Xiaofeng Hu, <email>snowfox2270@163.com</email>; Jing Jiang, <email>jiangjing0130@bistu.edu.cn</email>; Fei Gao, <email>gaofeizju@zju.edu.cn</email>
</corresp>
<fn fn-type="other">
<p>This article was submitted to Metamaterials, a section of the journal Frontiers in Materials</p>
</fn>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>15</day>
<month>11</month>
<year>2021</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2021</year>
</pub-date>
<volume>8</volume>
<elocation-id>739116</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>10</day>
<month>07</month>
<year>2021</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>14</day>
<month>10</month>
<year>2021</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#xa9; 2021 Ye, Hu, Zhou, Wang, Jiang, Yang and Gao.</copyright-statement>
<copyright-year>2021</copyright-year>
<copyright-holder>Ye, Hu, Zhou, Wang, Jiang, Yang and Gao</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these&#x20;terms.</p>
</license>
</permissions>
<abstract>
<p>Electromagnetic response of clustered charged particles is the foundation of electromagnetic wave interaction with various natural phenomena, such as sandstorm, cloud, and volcano eruption. Previous studies usually employed assumption of independent charged particles, without considering the coupling between them. Here, we build up a general numerical model considering the multiple scattering effect, and test it with a charged two- and four-particle system. The numerical results show that independence assumption fails, while the number density of clustered charged particles is getting larger. This work may pave the way for deeper understanding on the electromagnetic interaction of clustered charged particles.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>addition theorem</kwd>
<kwd>mie scattering</kwd>
<kwd>charged particles</kwd>
<kwd>multiple scattering</kwd>
<kwd>scattering cross section</kwd>
</kwd-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<title>Introduction</title>
<p>Sand/dust storm is a natural phenomenon that may cause signals of remote sensing and telecommunication being worsened due to the attenuation of electromagnetic waves (EMWs) by sand particles. To understand the attenuation mechanism, much research has been conducted on the scattering of sand storm (<xref ref-type="bibr" rid="B30">Peterson and Strm, 1974</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B2">Ansari and Evans, 1982</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B12">Haddad et&#x20;al., 1983</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B9">Ghobrial and Jervase, 1997</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B15">Islam et&#x20;al., 2010</xref>) with the Lorenz&#x2013;Mie theory. Notably, particles in the sand storm can be charged due to many reasons, such as friction and collision between particles (<xref ref-type="bibr" rid="B11">Gill, 1948</xref>;<xref ref-type="bibr" rid="B10">Gill and Alfrey, 1949</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B27">Lowell and Rose-Innes, 1980</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B24">Lacks and Mohan Sankaran, 2011</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B38">Xie et&#x20;al., 2013a</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B39">Xie et&#x20;al., 2013b</xref>). Existing research has shown that the scattering properties of charged particles are strikingly different from those of neutral ones (<xref ref-type="bibr" rid="B19">Kla&#x10d;ka and Kocifaj, 2007</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B45">Zhou and Xie, 2011</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B22">Kocifaj, 2013</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B16">Kla&#x10d;ka et&#x20;al., 2015b</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B20">Kocifaj et&#x20;al., 2015</xref>). For example, Kla&#x10d;ka et&#x20;al. found that scattering and absorption will be significantly enhanced by the surface charge for small particles with a size parameter less than 0.01 (<xref ref-type="bibr" rid="B19">Kla&#x10d;ka and Kocifaj, 2007</xref>). In 1977, Bohren and Hunt put forward a model to solve the scattering problem of a charged particle through revising the boundary condition by introducing an excess charge surface conductivity (<xref ref-type="bibr" rid="B4">Bohren and Hunt, 1977</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B3">Bohren and Huffman, 1998</xref>). The Drude model that relates the surface conductivity of charged particles to the charge-to-mass ratio of the charge carriers and the driving frequency can be employed to understand the surface currents on the particles (<xref ref-type="bibr" rid="B19">Kla&#x10d;ka and Kocifaj, 2007</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B22">Kocifaj, 2013</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B16">Kla&#x10d;ka et&#x20;al., 2015b</xref>).</p>
<p>However, although there is a large number of research conducted on the scattering properties of individual charged particles of different materials and shapes (<xref ref-type="bibr" rid="B18">Kla&#x10d;ka and Kocifaj, 2010</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B21">Kocifaj et&#x20;al., 2016</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B25">Liao et&#x20;al., 2019</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B42">Yang et&#x20;al., 2019</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B41">Xue et&#x20;al., 2020</xref>), little attention was given on the interactions between charged particles in clusters. It is reported that conventional analytical methods, which assume the granular medium is homogeneous and neglect multiple scattering effects between particles, will lead to significant overestimation of the attenuation through the medium (<xref ref-type="bibr" rid="B14">Huang et&#x20;al., 2020</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B40">Xie et&#x20;al., 2020</xref>). Recently, Xie et&#x20;al. improved the independent scattering approximation in conventional radiative transfer theory to deal with the multiple scattering effects in a charged granular system (<xref ref-type="bibr" rid="B40">Xie et&#x20;al., 2020</xref>). In 2020, Chai J W et&#x20;al. analytically studied the optical response of a symmetric circular array of metallic nanoparticles based on the eigen-decomposition method under the dipole approximation (<xref ref-type="bibr" rid="B8">Fung and Chan, 2008</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B6">Chai et&#x20;al., 2020</xref>). In this article, we build up a fully analytical theoretical frame based on the T-matrix formulism (<xref ref-type="bibr" rid="B34">Tsang et&#x20;al., 2001</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B29">Mishchenko et&#x20;al., 2002</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B28">2006</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B14">Huang et&#x20;al., 2020</xref>) to study the electromagnetic response of multi-particle systems consisting of electrically charged spherical particles with multiple scattering effect considered. The article is organized as follows: In the <italic>Single charged particle</italic> section, before the discussion of the multiple scattering effect, we investigated the influence of various factors on the scattering of a single charged particle, such as the charge density, radius, and relative permittivity of the particle. We would like to state that our theoretical frame is under the assumption of uniform charge distribution on the particle surface. Uniform charge distribution is typical for particles of simple geometry such as spherical particles considered in this work, to which separation of variables method is applicable to find scattered electric and magnetic fields (<xref ref-type="bibr" rid="B17">Kla&#x10d;ka et&#x20;al., 2015a</xref>). In the <italic>Clustered charged particles</italic> section, the T-matrix formulism with modified boundary condition to calculate the electromagnetic response of clustered charged spherical particles is described. Then, in the <italic>Result</italic> section, the discussions on the numerical results of a single charged particle and clustered particles are presented, with comparison between different charge densities and inter-particle distances. Finally, the convergence performance of the proposed theoretical approach is investigated, and conclusions are given in the <italic>Conclusion</italic> section.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>Single charged Particle</title>
<p>A charged spherical particle with radius <inline-formula id="inf1">
<mml:math id="m1">
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is illuminated by <italic>x</italic>-polarized EMW propagating along the <italic>z</italic>-axis. The incident electric field can be expressed as <inline-formula id="inf2">
<mml:math id="m2">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf3">
<mml:math id="m3">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf4">
<mml:math id="m4">
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> denotes the frequency of the EMW. Here, <inline-formula id="inf5">
<mml:math id="m5">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the unit vector of the <italic>x</italic>-axis. The particle is assumed to be overall and uniformly charged. The material of the particle and ambient medium are set to be isotropic and homogeneous. Let <inline-formula id="inf6">
<mml:math id="m6">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf7">
<mml:math id="m7">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> denote the field inside the particle, and <inline-formula id="inf8">
<mml:math id="m8">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf9">
<mml:math id="m9">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> denote the field of the ambient. The electric field <inline-formula id="inf10">
<mml:math id="m10">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<italic>i</italic>&#x20;&#x3d; 1, 2) and magnetic field <inline-formula id="inf11">
<mml:math id="m11">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<italic>i</italic>&#x20;&#x3d; 1, 2) satisfy the following wave propagating equations:<disp-formula id="e1">
<mml:math id="m12">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(1)</label>
</disp-formula>where <italic>k</italic>
<sub>1</sub> and <italic>k</italic>
<sub>2</sub> denote the wavenumber inside and outside the particle, which satisfy the dispersion relation:<disp-formula id="e2">
<mml:math id="m13">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(2)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf12">
<mml:math id="m14">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="inf13">
<mml:math id="m15">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) and <inline-formula id="inf14">
<mml:math id="m16">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="inf15">
<mml:math id="m17">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) are the permeability and permittivity of the particle and the ambient, respectively. We consider the medium outside the particle as a vacuum, i.e.,&#x20;<inline-formula id="inf16">
<mml:math id="m18">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf17">
<mml:math id="m19">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Here, <inline-formula id="inf18">
<mml:math id="m20">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1.2566</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf19">
<mml:math id="m21">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>8.8542</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">F</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the vacuum permeability and permittivity, respectively. <inline-formula id="inf20">
<mml:math id="m22">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf21">
<mml:math id="m23">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the permeability and permittivity of the particle, respectively, where <inline-formula id="inf22">
<mml:math id="m24">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf23">
<mml:math id="m25">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the relative permeability and relative permittivity, respectively. We begin with the Mie scattering theory, by which the problem of plane waves scattered by a spherical particle can be rigorously solved through matching the boundary conditions (<xref ref-type="bibr" rid="B23">Kong, 1986</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B3">Bohren and Huffman, 1998</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B29">Mishchenko et&#x20;al., 2002</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B26">Lovat et&#x20;al., 2020</xref>). The field outside the particle can be expressed as the superposition of the incident field and the scattered field,<disp-formula id="e3">
<mml:math id="m26">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(3)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf24">
<mml:math id="m27">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf25">
<mml:math id="m28">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> denote the scattered fields of the particle. It is commonly assumed in the Mie theory when studying the scattering of electromagnetic waves by spherical particles that the particle carries a zero charge. The boundary condition can be written as:<disp-formula id="e4">
<mml:math id="m29">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(4)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf26">
<mml:math id="m30">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> denotes the outward-directed unit vector normal to the surface of the particle.</p>
<p>However, when it comes to charged particles, the electrons on the surface will be driven by the electric field on the surface. Hence, there exist surface current <inline-formula id="inf27">
<mml:math id="m31">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> on the surface of the particle due to the movement of excess charge driven by the tangential electric field. The boundary condition is modified as:<disp-formula id="e5">
<mml:math id="m32">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(5)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The surface current can be expressed as:<disp-formula id="e6">
<mml:math id="m33">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(6)</label>
</disp-formula>where <italic>&#x3c3;</italic>
<sub>s</sub> denotes the excess charge surface conductivity, and <inline-formula id="inf28">
<mml:math id="m34">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> stands for the tangential component of the electric field on the surface of the particle. <italic>&#x3c3;</italic>
<sub>s</sub> is independent of position but may be complex and dependent on frequency. Under the assumption of free surface charges (i.e.,&#x20;not localized on the surface of the particle), we can adopt the Drude model and the equation of motion for a surface charge with mass <italic>m</italic>
<sub>s</sub> and charge <italic>q</italic>
<sub>s</sub> as<disp-formula id="e7">
<mml:math id="m35">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(7)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf29">
<mml:math id="m36">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the component of velocity tangential to the sphere, and <inline-formula id="inf30">
<mml:math id="m37">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the damping coefficient. The oscillatory part of the solution of (<xref ref-type="disp-formula" rid="e7">Eq. 7</xref>) is<disp-formula id="e8">
<mml:math id="m38">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(8)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf31">
<mml:math id="m39">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Since <inline-formula id="inf32">
<mml:math id="m40">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where <italic>&#x3b7;</italic>
<sub>s</sub> is the density of charge, from (<xref ref-type="disp-formula" rid="e6">Eqs 6</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e8">8</xref>), we have (<xref ref-type="bibr" rid="B4">Bohren and Hunt, 1977</xref>;<xref ref-type="bibr" rid="B22">Kocifaj, 2013</xref>;<xref ref-type="bibr" rid="B16">Kla&#x10d;ka et&#x20;al., 2015b</xref>;<xref ref-type="bibr" rid="B13">Holloway et&#x20;al., 2019</xref>;<xref ref-type="bibr" rid="B43">zhang et&#x20;al., 2020</xref>),<disp-formula id="e9">
<mml:math id="m41">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(9)</label>
</disp-formula>where <italic>q</italic>
<sub>s</sub>/<italic>m</italic>
<sub>s</sub> is the charge-to-mass ratio of charge carriers. For electrons, we have <inline-formula id="inf33">
<mml:math id="m42">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1.7587</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">kg</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The constant <italic>&#x3b3;</italic>
<sub>s</sub> can be calculated as <inline-formula id="inf34">
<mml:math id="m43">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<xref ref-type="bibr" rid="B19">Kla&#x10d;ka and Kocifaj, 2007</xref>), where <italic>k</italic>
<sub>B</sub> denotes the Boltzmann constant, and <inline-formula id="inf35">
<mml:math id="m44">
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> denotes the Planck&#x2019;s constant.</p>
<p>The problem of plane waves scattered by a charged particle can then be solved based on a T-matrix-based approach with modified boundary conditions, which is the generalized version of the Lorenz&#x2013;Mie theory. The scattering of electromagnetic waves by homogeneous, isotropic sphere, which carries excess charge is tackled under the assumption that surface current is linearly related to the electric field parallel to the surface of the particle. The calculated scattering coefficients are, therefore, formally different from those of the standard Mie theory. We first expand the incident wave into spherical harmonics,<disp-formula id="e10">
<mml:math id="m45">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1,1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mstyle>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0,0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0,0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(10)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf36">
<mml:math id="m46">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. <inline-formula id="inf37">
<mml:math id="m47">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf38">
<mml:math id="m48">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are unit vectors of spherical waves, which can be written as<disp-formula id="e11">
<mml:math id="m49">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(11)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e12">
<mml:math id="m50">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(12)</label>
</disp-formula>where <italic>j</italic>
<sub>n</sub> and <italic>h</italic>
<sub>n</sub> are the first and third kinds of spherical Bessel function. <italic>Rg</italic> stands for the regular solution of the spherical harmonics, which means the solution is regular (finite) at the origin. The vector spherical waves without the prefix <italic>Rg</italic> are the expressions with <italic>j</italic>
<sub>n</sub> replaced by <italic>h</italic>
<sub>n</sub>. <inline-formula id="inf39">
<mml:math id="m51">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be calculated as <inline-formula id="inf40">
<mml:math id="m52">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>!</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>!</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. <inline-formula id="inf41">
<mml:math id="m53">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf42">
<mml:math id="m54">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf43">
<mml:math id="m55">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be written as (<xref ref-type="bibr" rid="B35">Tsang et&#x20;al., 2000</xref>)<disp-formula id="e13">
<mml:math id="m56">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(13)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e14">
<mml:math id="m57">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(14)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e15">
<mml:math id="m58">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x3b8;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(15)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf44">
<mml:math id="m59">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf45">
<mml:math id="m60">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf46">
<mml:math id="m61">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are unit vectors under spherical coordinates. <inline-formula id="inf47">
<mml:math id="m62">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is associated Legendre polynomials, and <inline-formula id="inf48">
<mml:math id="m63">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is spherical harmonics, which can be related by <inline-formula id="inf49">
<mml:math id="m64">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<sec id="s2-1">
<title>The Scattered Field can Be Written as</title>
<p>
<disp-formula id="e16">
<mml:math id="m65">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1,1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mstyle>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0,0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0,0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(16)</label>
</disp-formula>and the internal field of the particle can be written as<disp-formula id="e17">
<mml:math id="m66">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:msub>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1,1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mstyle>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0,0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0,0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(17)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>As mentioned above, <inline-formula id="inf50">
<mml:math id="m67">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Applying the boundary conditions (5) yields four linear equations of the expansion coefficients,<disp-formula id="e18">
<mml:math id="m68">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(18)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e19">
<mml:math id="m69">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(19)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e20">
<mml:math id="m70">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(20)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e21">
<mml:math id="m71">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(21)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Solve the equations, and we can obtain scattering coefficients <inline-formula id="inf51">
<mml:math id="m72">
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and, hence, the T-matrix:<disp-formula id="e22">
<mml:math id="m73">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(22)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e23">
<mml:math id="m74">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(23)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf52">
<mml:math id="m75">
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf53">
<mml:math id="m76">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf54">
<mml:math id="m77">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf55">
<mml:math id="m78">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>If we consider the surface charge density to be infinity, which will cause the conductivity <inline-formula id="inf56">
<mml:math id="m79">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to be infinity (i.e.,&#x20;behaves like metal), the T-matrix can be reduced to the following:<disp-formula id="e24">
<mml:math id="m80">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(24)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e25">
<mml:math id="m81">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(25)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Then, the scattering cross section can be expressed as<disp-formula id="e26">
<mml:math id="m82">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(26)</label>
</disp-formula>and the extinction cross section can be obtained by<disp-formula id="e27">
<mml:math id="m83">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(27)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The scattering cross section implies the amount of energy removed by the scattering of the incidence wave, while the extinction cross section implies the amount of energy removed from the incident energy due to the sum of scattering and absorption by the particle. These cross sections of a single particle can be significantly altered by surface charges, material properties of the particle, and the environment (<xref ref-type="bibr" rid="B37">Wang et&#x20;al., 2020</xref>).</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<title>Clustered Charged Particles</title>
<p>Under the classical assumption of independent scattering, the cross section of the multi-particle system can be written as <inline-formula id="inf57">
<mml:math id="m84">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:msubsup>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf58">
<mml:math id="m85">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the scattering cross section of the <italic>i</italic>th particle and can be calculated from the method mentioned in the <italic>Single charged particle</italic> section. However, in multi-particle systems, particles are electromagnetically coupled by the multiple scattering effect. The incident field of one particle can be expressed as the addition of the original incident field and scattered field from other particles [i.e.,&#x20;<inline-formula id="inf59">
<mml:math id="m86">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>].</p>
<p>A general theoretical frame to study the multiple scattering effect in a multi-particle system has been built in previous research (<xref ref-type="bibr" rid="B34">Tsang et&#x20;al., 2001</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B29">Mishchenko et&#x20;al., 2002</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B28">Mishchenko et&#x20;al. 2006</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B1">Altuncu et&#x20;al., 2019</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B14">Huang et&#x20;al., 2020</xref>). Similar to the solid-state analogy, where waves are scattered by crystals lattice, here, lattice sums of spherical harmonic functions are adopted to model the scattering from discrete particles, and the center transformation is implemented with the T-matrix approach combined with the translational addition theorems, given the differences between the Schr&#xf6;dinger and Maxwell equations (<xref ref-type="bibr" rid="B31">Popov, 2012</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B33">Tan and Tsang, 2019</xref>). Consider <italic>N</italic> spherical particles with radii <italic>a</italic>
<sub>1</sub>, <italic>a</italic>
<sub>2</sub>, <italic>a</italic>
<sub>3</sub>, &#x2026;, <italic>a</italic>
<sub>
<italic>N</italic>
</sub>, respectively. The <italic>i</italic>th particle has permittivity equal to <inline-formula id="inf60">
<mml:math id="m87">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and permeability equal to <inline-formula id="inf61">
<mml:math id="m88">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The incident field can be expanded into spherical harmonics with the center at origin as follows:<disp-formula id="e28">
<mml:math id="m89">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(28)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>As mentioned above, for an incident EMW with electric field polarized in <italic>x</italic>-axis and propagating in <italic>z</italic>-axis, it has the form <inline-formula id="inf62">
<mml:math id="m90">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. We can then obtain the coefficients for the spherical harmonics for the incident waves:<disp-formula id="e29">
<mml:math id="m91">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(29)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e30">
<mml:math id="m92">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(30)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>For an arbitrary particle, e.g., the <italic>l</italic>th particle, we assume the exciting field consisting of two parts: the first part is the original incident wave, and the other is the scattered wave from other particles. The expression for the exciting fields of the <italic>l</italic>th particle is<disp-formula id="e31">
<mml:math id="m93">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(31)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf63">
<mml:math id="m94">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf64">
<mml:math id="m95">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are unknown exciting field coefficients. <inline-formula id="inf65">
<mml:math id="m96">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> equals <inline-formula id="inf66">
<mml:math id="m97">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>For the <italic>l</italic>th particle, the exciting field consists of the incidence wave, and the part that comes from the scattered field of other particles can be expressed as<disp-formula id="e32">
<mml:math id="m98">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(32)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The electromagnetic field scattered by the <italic>j</italic>th particle<inline-formula id="inf67">
<mml:math id="m99">
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>can&#x20;be calculated by multiplying the T-matrix by the total exciting field <inline-formula id="inf68">
<mml:math id="m100">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and replacing the first kind of spherical Bessel function <italic>j</italic>
<sub>n</sub> with third kind of spherical Bessel function <italic>h</italic>
<sub>n</sub>, which will give rise to scattered outward spherical waves.<disp-formula id="e33">
<mml:math id="m101">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(33)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf69">
<mml:math id="m102">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf70">
<mml:math id="m103">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are T-matrices calculated in (<xref ref-type="disp-formula" rid="e22">Eqs&#x20;22</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e23">23</xref>). Substitute (<xref ref-type="disp-formula" rid="e31">Eqs 31</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e33">33</xref>) into (<xref ref-type="disp-formula" rid="e32">Eq. 32</xref>), and we obtain,<disp-formula id="e34">
<mml:math id="m104">
<mml:mrow>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(34)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>In order to solve this equation, we need to transform all spherical waves on the right side to be centered at <inline-formula id="inf71">
<mml:math id="m105">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, i.e.,&#x20;transform <inline-formula id="inf72">
<mml:math id="m106">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf73">
<mml:math id="m107">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> into linear combinations of <inline-formula id="inf74">
<mml:math id="m108">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf75">
<mml:math id="m109">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf76">
<mml:math id="m110">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf77">
<mml:math id="m111">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The addition theorem for spherical harmonics can be expressed as follows (<xref ref-type="bibr" rid="B7">Cruzan, 1962</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B5">Bruning and Yuen, 1971</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B36">Tsang and Kong, 1983</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B32">Stein, 1997</xref>). Let <inline-formula id="inf78">
<mml:math id="m112">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and we have<disp-formula id="e35">
<mml:math id="m113">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(35)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e36">
<mml:math id="m114">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(36)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>For <inline-formula id="inf79">
<mml:math id="m115">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>,<disp-formula id="e37">
<mml:math id="m116">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(37)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e38">
<mml:math id="m117">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(38)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>For <inline-formula id="inf80">
<mml:math id="m118">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>,<disp-formula id="e39">
<mml:math id="m119">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(39)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e40">
<mml:math id="m120">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(40)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The expressions of <inline-formula id="inf81">
<mml:math id="m121">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf82">
<mml:math id="m122">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> were presented by Tsang and Kong (<xref ref-type="bibr" rid="B34">Tsang et&#x20;al., 2001</xref>). We substitute these equations of translational additional theorem into (<xref ref-type="disp-formula" rid="e34">Eq. 34</xref>) by replacing terms of <inline-formula id="inf83">
<mml:math id="m123">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf84">
<mml:math id="m124">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with <inline-formula id="inf85">
<mml:math id="m125">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Balancing (<xref ref-type="disp-formula" rid="e34">Eq. 34</xref>) yields<disp-formula id="e41">
<mml:math id="m126">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(41)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e42">
<mml:math id="m127">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(42)</label>
</disp-formula>for <italic>l</italic>&#x20;&#x3d; 1, 2, 3, &#x2026;<italic>N</italic>. These equations can be expressed in matrix form as follows:<disp-formula id="e43">
<mml:math id="m128">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x33f;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x33f;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x33f;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(43)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e44">
<mml:math id="m129">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x33f;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x33f;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x33f;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(44)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf86">
<mml:math id="m130">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf87">
<mml:math id="m131">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be calculated through (<xref ref-type="disp-formula" rid="e29">Eqs 29</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e30">30</xref>), <inline-formula id="inf88">
<mml:math id="m132">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x33f;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x33f;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x33f;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x33f;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x33f;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf89">
<mml:math id="m133">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x33f;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x33f;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x33f;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</p>
<p>Considering the incident field as plane wave without loss of generality, the multiple scattering equations can be written as<disp-formula id="e45">
<mml:math id="m134">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x33f;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x33f;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(45)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e46">
<mml:math id="m135">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x33f;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x33f;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(46)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The above equations can be solved by iteration. After solving for the exciting coefficients <inline-formula id="inf90">
<mml:math id="m136">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf91">
<mml:math id="m137">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, we can get the scattering coefficients and the scattered waves<disp-formula id="e47">
<mml:math id="m138">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x33f;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(47)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e48">
<mml:math id="m139">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x33f;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(48)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e49">
<mml:math id="m140">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(49)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>After obtaining all scattering coefficients of all particles, the scattered spherical waves centered at different particles should be transformed to be centered at one particular particle. Here, we set the particular center to be <inline-formula id="inf92">
<mml:math id="m141">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. By employing the addition theorems (35)&#x2013;(40), we can obtain<disp-formula id="e50">
<mml:math id="m142">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(50)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Then, the scattering cross section in charged particle clusters considering the multiple scattering effects is given by<disp-formula id="e51">
<mml:math id="m143">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:msub>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:msub>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:msub>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:msub>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(51)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
<sec sec-type="results" id="s4">
<title>Result</title>
<p>For an incident EMW with frequency between 10 and 200&#xa0;GHz with electric field polarized in the <italic>x</italic> direction and propagating in the <italic>z</italic> direction, EMW has the form <inline-formula id="inf93">
<mml:math id="m144">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where <italic>k</italic> is the wavenumber. For typical particles with relative permittivity of 3.2 and a radius of 1&#xa0;mm, the ratio of scattering cross section and extinction cross section of a charged particle to those of uncharged particle are plotted in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figures 1A,B</xref>, respectively. <inline-formula id="inf94">
<mml:math id="m145">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf95">
<mml:math id="m146">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are scattering cross section and extinction cross section for a charged particle, respectively. <inline-formula id="inf96">
<mml:math id="m147">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf97">
<mml:math id="m148">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are scattering cross section and extinction cross section for an uncharged particle, respectively. The surface charge density varies from 1 to 100&#xa0;mC/m<sup>2</sup>, which is consistent with the general level of net charges carried by particles in a sand/dust storm (<xref ref-type="bibr" rid="B44">Zhou et&#x20;al., 2018</xref>). We also consider the extreme case that the surface charge density equals infinity, which will cause the surface conductivity to be infinite. In this case, the scattering properties of the particle will be equivalent to those of an ideal metal particle. It is illustrated in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1A</xref> that with the increase in surface charge density, the scattering cross section will be enhanced in the low-frequency range where Rayleigh scattering is applicable. As shown in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1A</xref>, as charge density increases, the curve of the scattering cross section gradually approaches the curve of the metal particle and finally reaches a saturated level as charges accumulated. The maximum enhancement of <inline-formula id="inf98">
<mml:math id="m149">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for an ideal metal particle (i.e.,&#x20;particle with surface charge density to be infinite) is 6.983&#x20;times of <inline-formula id="inf99">
<mml:math id="m150">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for an uncharged particle for frequencies below 10&#xa0;GHz. On the contrary, the scattering cross section is reduced for charged particles in the higher-frequency range. For ideal metal particle or particles with surface charge density being infinite, <inline-formula id="inf100">
<mml:math id="m151">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> reaches a minimum value 0.442 at <inline-formula id="inf101">
<mml:math id="m152">
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>145.7</mml:mn>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">GHz</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. As the frequency gets much higher, that is, the wavelength is far less than the size of the particle, the influence of surface charges to the scattering cross section can be neglected. The reason for these totally different responses to surface charges is that the way free electrons oscillate in response to the applied electromagnetic field is highly dependent on the frequency of the incident waves. It is well known that metals are highly reflective, and electromagnetic waves are not allowed to penetrate through them in the low-frequency visible range, which can be attributed to the surface charges that screens the incident field. However, the free electrons have an intrinsic finite response time, above which they will not be fast enough to screen the penetration from incident fields, and therefore, the material is no longer strongly reflective and turns transparent. Here, the surface plasma frequency for dielectric charged particles, which are related to the electrostatic potential at the surface of the particle and the radius of the charged sphere, is much lower than that of metal since the carrier density for sand/dust particles are much lower compared with metal (<xref ref-type="bibr" rid="B19">Kla&#x10d;ka and Kocifaj, 2007</xref>). However, a similar &#x201c;reflective to transparent&#x201d; transition can be inferred from the scattering and extinction cross sections presented in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref>. As illustrated in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1B</xref>, the extinction cross section by a charged particle was enhanced. However, in the low-frequency range the enhancement of the extinction of EMWs did not increase monotonically with the increase in the surface charge density as for the scattering cross section. This is because the extinction by the particle is the sum of scattering and absorption. As the surface charge density increases from zero, at the first stage (corresponds to curves of <inline-formula id="inf102">
<mml:math id="m153">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf103">
<mml:math id="m154">
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">mC</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>), the imaginary part of the effective complex permittivity, which accounts for energy loss, increases with the charge density, and therefore, the absorption by the particle increases. As the charge density further increases, at this stage (corresponds to curves from <inline-formula id="inf104">
<mml:math id="m155">
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf105">
<mml:math id="m156">
<mml:mrow>
<mml:mn>100</mml:mn>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">mC</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>), the charged particles were further &#x201c;metalized&#x201d; and exhibits highly reflective property, which shields the EMWs from penetrating through the particle. Consequently, the absorption cross section gets smaller as the surface charge density increases. For metallic particles, in the low-frequency range, the absorption is extremely low due to the screening effect to the incident field. This is the reason why the curve for the metallic particle (purple) shows the lowest extinction cross section in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1B</xref>. In <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure&#x20;2</xref>, the electric field distributions (<italic>x</italic> component of the electric field) are plotted for a neutral particle, and a charged particle with surface current density equals 100&#xa0;mC/m<sup>2</sup>. As shown in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figures 2A,B</xref> at a lower frequency range (<inline-formula id="inf106">
<mml:math id="m157">
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">GHz</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>), the field inside the charged particle is close to zero and is smaller compared with that of the neutral particle, which can be attributed to the screening effect of surface charges. As illustrated in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figures 2C,D</xref>, at a higher-frequency regime (<inline-formula id="inf107">
<mml:math id="m158">
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mn>100</mml:mn>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">GHz</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>), for neutral and charged particles, the difference in the penetration of free electrons is not as pronounced as the screening effect in the lower-frequency range, which agrees with the smaller discrepancies in scattering cross sections at higher frequencies as depicted in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref>.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>The influence of surface charge density on the scattering/extinction cross sections of a single particle. Surface charge densities are set to <inline-formula id="inf108">
<mml:math id="m159">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mn>10</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mn>100</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mtext>mC</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. <bold>(A)</bold> the ratio of scattering cross section of a charged particle to that of an uncharged one. <inline-formula id="inf109">
<mml:math id="m160">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf110">
<mml:math id="m161">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> denote the scattering cross section of a charged particle and an uncharged one. <bold>(B)</bold> The ratio of extinction cross section of a charged particle to that of an uncharged one. <inline-formula id="inf111">
<mml:math id="m162">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf112">
<mml:math id="m163">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> denote the extinction cross section of charged and uncharged particles.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fmats-08-739116-g001.tif"/>
</fig>
<fig id="F2" position="float">
<label>FIGURE 2</label>
<caption>
<p>Field distributions of neutral and charged particles. The <italic>x</italic> component of the electric field at 1&#xa0;GHz <bold>(upper panel)</bold> and 100&#xa0;GHz <bold>(lower panel)</bold> for <bold>(A, C)</bold> a neutral particle and <bold>(B, D)</bold> a charged particle with surface charge density <inline-formula id="inf113">
<mml:math id="m164">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>100</mml:mn>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mtext>mC</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The particle with a relative permittivity of 3.2 and a radius of 1&#xa0;mm is illuminated by a plane wave polarized in the <italic>x</italic> direction and propagating in the <italic>z</italic> direction.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fmats-08-739116-g002.tif"/>
</fig>
<p>As shown in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1B</xref>, compared with the scattering cross section, the extinction cross section is greatly enhanced by the surface charge in the low-frequency range, which satisfies the Rayleigh scattering limit. The enhancement increases when the frequency gets lower. For surface charge density equal to 10&#xa0;mC/m<sup>2</sup>, the enhancement of <inline-formula id="inf114">
<mml:math id="m165">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> reaches 1.5 &#xd7; 10<sup>8</sup> times of that of <inline-formula id="inf115">
<mml:math id="m166">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at 0.1&#xa0;GHz. If we consider a higher surface charge density, the enhancement will decrease and will be down to 1.7 &#xd7; 10<sup>7</sup> for surface charge density equal to 100&#xa0;mC/m<sup>2</sup> and only 6.983&#x20;times the neutral extinction for ideal metal particles. For higher frequency, the extinction cross section is decreased by surface charges, but the effect is not strong as that of scattering cross section. <inline-formula id="inf116">
<mml:math id="m167">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> has a minimum value of 0.441&#xa0;at <inline-formula id="inf117">
<mml:math id="m168">
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mn>114.7</mml:mn>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">GHz</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for ideal metal particles or particles with infinite surface charge density.</p>
<p>Next, the influence of the material of the particles on scattering and extinction properties is investigated. For particles with radius <inline-formula id="inf118">
<mml:math id="m169">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> 1&#xa0;mm and surface charge density <inline-formula id="inf119">
<mml:math id="m170">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> 10&#xa0;mC/m<sup>2</sup>, the ratio of scattering cross section and extinction cross section of charged particles to those of the uncharged one are plotted in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figures 3A,B</xref>, respectively. The relative permittivities vary from 2 to 5. It can be seen that with the increase in the relative permittivity of particles, the enhancement effect by surface charges on the scattering cross section and extinction cross section is weakened in the low frequency, which satisfies the Rayleigh scattering limit. For a higher-frequency range above 50&#xa0;GHz, as shown in the inset of <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure&#x20;3A</xref>, the decrease in the scattering cross section caused by the surface charges is enlarged by higher relative permittivity. In the higher frequency range, the extinction cross section remains unchanged for charged particles compared with uncharged particles.</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>FIGURE 3</label>
<caption>
<p>The influence of relative permittivity on the scattering/extinction cross sections of a single charged particle. Relative permittivity is set to <inline-formula id="inf120">
<mml:math id="m171">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. <bold>(A)</bold> The ratio of scattering cross section of a charged particle to that of an uncharged one. <bold>(B)</bold> The ratio of extinction cross section of a charged particle to that of an uncharged&#x20;one.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fmats-08-739116-g003.tif"/>
</fig>
<p>The influence of the size of the particles on the scattering and extinction properties is also investigated. For a particle with relative permittivity equal to 3.2 and surface charge density equal to 10&#xa0;mC/m<sup>2</sup>, the ratio of scattering cross section and extinction cross section of charged particles to those of the uncharged one are plotted in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figures 4A,B</xref>, respectively. The radius of particles varies from 0.01 to 10&#xa0;mm. It can be seen that for particles with smaller sizes, the enhancement effect by surface charges on the scattering cross section and extinction cross section is enlarged. This is because the enhancement effect is dependent on the bulk complex refractive index <inline-formula id="inf121">
<mml:math id="m172">
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and the imaginary part of <inline-formula id="inf122">
<mml:math id="m173">
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> represents the absorption of the particle. Since we mathematically assume the charge is confined to the surface layer of the particle, for larger particles, the surface-to-volume ratio is relatively low; therefore, the scattering/extinction caused by the surface charge is small compared with the distribution from the volume. On the other hand, as the frequency increases and goes beyond the Rayleigh scattering limit, the enhancement is reduced, and the ratio is approximate to&#x20;unity.</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>FIGURE 4</label>
<caption>
<p>The influence of the size of the particles on the scattering/extinction cross sections of a single charged particle. The radii of particles are set to <inline-formula id="inf123">
<mml:math id="m174">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.01</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mn>0.1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mn>10</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;mm</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. <bold>(A)</bold> The ratio of scattering cross section of a charged particle to that of an uncharged one. <bold>(B)</bold> The ratio of extinction cross section of a charged particle to that of an uncharged&#x20;one.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fmats-08-739116-g004.tif"/>
</fig>
<p>For a multi-particle system, the dependence of the scattering cross section on the number density and surface charge density of the particles is studied. Under the classical assumption of independent scattering, the scattering cross section can be expressed as <inline-formula id="inf124">
<mml:math id="m175">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf125">
<mml:math id="m176">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the scattering cross section for a single particle, and <italic>N</italic> is the number of particles in the system. However, the practical scattering properties are different from the classical assumption due to the multiple scattering effect, and therefore, the scattering cross section is not linearly proportional to the number density of particles. First, we study the influence of the number density of the particles on the scattering cross section in a two-particle system. The number density is directly related to the distance between particles. A higher-number density is equivalent to a closer distance between two particles. Assume the incident EMW propagating in the <italic>z</italic> direction with frequency between 10 and 200&#xa0;GHz, and the electric field is polarized in the <italic>x</italic> direction, which can be expressed as <inline-formula id="inf126">
<mml:math id="m177">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. For particles with a relative permittivity of 3.2 and a radius of 1&#xa0;mm, the scattering cross section <inline-formula id="inf127">
<mml:math id="m178">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of a two-particle system is calculated for different distances (<inline-formula id="inf128">
<mml:math id="m179">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2.2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf129">
<mml:math id="m180">
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;mm</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>). The T-matrix calculation is based on the overall charged model described in the <italic>Single charged particle</italic> section. The scattering cross section of the two-particle system is calculated under three methods: the T-matrix-based multiple scattering model with the calculated scattering cross section denoted by <inline-formula id="inf130">
<mml:math id="m181">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, classical independent scattering model with results denoted by <inline-formula id="inf131">
<mml:math id="m182">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and CST simulation with results denoted by <inline-formula id="inf132">
<mml:math id="m183">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Scattering spectrum with no surface charges and surface charge densities equal to 1 and 10&#xa0;mC/m<sup>2</sup> are plotted in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figures 5A,D</xref> for different distances between two particles. The enlarged spectrum illustrated in the inset of <xref ref-type="fig" rid="F5">Figures 5A,D</xref> shows that when the surface charge density increases from 0 to 1 and 10&#xa0;mC/m<sup>2</sup>, the scattering cross section is slightly reduced, and the deviation is amplified with higher surface current densities. This result is consistent with <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1A</xref> for a single charged particle where the scattering cross section is shown to be suppressed by surface charges in a higher-frequency range above 60&#xa0;GHz.</p>
<fig id="F5" position="float">
<label>FIGURE 5</label>
<caption>
<p>The scattering cross sections for two-particle systems with different separations and charge densities. First column: the scattering cross section of two-particle clusters calculated under the multiple scattering method (for uncharged particles charged particles), classical independent scattering assumption, and CST simulation (for uncharged particles) with the radius of particles equal to 1&#xa0;mm; distances between two particles are <bold>(A)</bold> 2.2&#xa0;mm and <bold>(D)</bold> 3&#xa0;mm. Second column: the relative differences between the results calculated under classical assumption, multiple scattering model, and CST simulation for uncharged particles for distance equal to <bold>(B)</bold> 2.2&#xa0;mm and <bold>(E)</bold> 3&#xa0;mm. Third column: the ratio of scattering cross section calculated under the multiple scattering method to the results calculated with the classical assumption for distance equal to <bold>(C)</bold> 2.2&#xa0;mm and <bold>(F)</bold> 3&#xa0;mm.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fmats-08-739116-g005.tif"/>
</fig>
<p>There is an obvious difference between the result of multiple scattering method and classical independent scattering method. High accuracy of multiple scattering model can be seen when compared with CST simulation. Using the CST simulation as a benchmark, we calculated the relative difference between the two methods and the simulation to evaluate the accuracy of the multiple scattering model and classical assumption in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figures 5B,E</xref>. It can be seen that the multiple scattering model whose result is almost the same as simulation has higher accuracy compared with the classical assumption. As the distance between particles decreases from 3 to 2.2 mm, which is equivalent to increasing the number density, the maximum deviation between the calculated result under classical assumption and the simulation result increase from <inline-formula id="inf133">
<mml:math id="m184">
<mml:mrow>
<mml:mn>2.2</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf134">
<mml:math id="m185">
<mml:mrow>
<mml:mn>3.3</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and the mean absolute difference <inline-formula id="inf135">
<mml:math id="m186">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of the two results increases from <inline-formula id="inf136">
<mml:math id="m187">
<mml:mrow>
<mml:mn>6.6</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>7</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf137">
<mml:math id="m188">
<mml:mrow>
<mml:mn>9.3</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>7</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with a 40% increment. The mean relative differences are <inline-formula id="inf138">
<mml:math id="m189">
<mml:mrow>
<mml:mn>1.26</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>13</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf139">
<mml:math id="m190">
<mml:mrow>
<mml:mn>1.28</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>13</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively, while as shown in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figures 5B,E</xref> the mean relative differences between the results calculated by the multiple scattering model and the CST results are below <inline-formula id="inf140">
<mml:math id="m191">
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>14</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for both separations. It reveals that a closer distance between particles or a higher-number density of particles will enhance the multiple scattering effect and make the result deviate further from the result calculated under the classical independent scattering assumption.</p>
<p>Next, to gain deeper insight into the electromagnetic response of clustered charged particles, we investigated the influence of surface charges on the multiple scattering effect. The ratio of the scattering cross section calculated under the multiple scattering model <inline-formula id="inf141">
<mml:math id="m192">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and classical assumption <inline-formula id="inf142">
<mml:math id="m193">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is plotted in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figures 5C,F</xref> for the two separations. Surface charge densities are set to 0, 1, 10&#xa0;mC/m<sup>2</sup>, and infinity (the same scattering properties with ideal metal), respectively. There is no observable influence of surface charges to the multiple scattering effect for surface charge density under 10&#xa0;mC/m<sup>2</sup>. For extreme situations, where we set the surface charge density to infinity, as illustrated in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure&#x20;5C</xref> when the inter-particle distance is equal to 1.1&#xa0;mm, the enhancement of scattering cross section by multiple scattering effect is weakened, and the weakened scattering cross section reaches the minimum when the frequency equals 54&#xa0;GHz. As particles are getting closer, the deviation of the scattering cross section of metal particles with that of neutral particles is amplified.</p>
<p>We then increase the number of particles and validate the T-matrix-based multiple scattering model in a cluster composed of four particles. The pattern of the particle cluster is shown in the inset in <xref ref-type="fig" rid="F6">Figures 6A,D</xref>. Because the distances between two of the particles in the cluster may be different, the distance <italic>R</italic> from each center of the particle to the center of the cluster is used to indicate the inter-particle distances. As illustrated in <xref ref-type="fig" rid="F6">Figures 6A,D</xref> the scattering cross sections for four-particle clusters with <italic>R</italic> equals 1.5 and 2&#xa0;mm, and the particle radius equals 1&#xa0;mm are almost two times larger compared with the scattering cross section of the two-particle system since the number of particles is doubled. In the inset in <xref ref-type="fig" rid="F6">Figures 6A,D</xref> the scattering spectrum is demonstrated to be suppressed by surface charges, which is in accordance with the results shown in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figures 1A</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F5">5A</xref>,D. In <xref ref-type="fig" rid="F6">Figures 6B,E</xref> when <italic>R</italic> decreases from 2 to 1.5&#xa0;mm, the mean absolute difference <inline-formula id="inf143">
<mml:math id="m194">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> between the results under classical independent scattering assumption and the CST simulation results increase from <inline-formula id="inf144">
<mml:math id="m195">
<mml:mrow>
<mml:mn>1.5</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf145">
<mml:math id="m196">
<mml:mrow>
<mml:mn>2.6</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with an 80% increment, which confirm the conclusion that the multiple scattering effect is amplified as the particles are getting closer to each other. The mean relative differences are <inline-formula id="inf146">
<mml:math id="m197">
<mml:mrow>
<mml:mn>1.45</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf147">
<mml:math id="m198">
<mml:mrow>
<mml:mn>3.36</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively. Compared with the results calculated under the multiple scattering model, as shown in <xref ref-type="fig" rid="F6">Figures 6B,E</xref> the relative differences are several times larger, which validate the accuracy of the multiple scattering&#x20;model.</p>
<fig id="F6" position="float">
<label>FIGURE 6</label>
<caption>
<p>The scattering cross sections for four-particle clusters with different separations and charge densities. First column: the scattering cross section of four-particle clusters calculated under the multiple scattering method (for uncharged particles and charged particles), classical independent scattering assumption, and CST simulation (for uncharged particles) with radius of the particles equal to 1&#xa0;mm, <italic>R</italic> equals <bold>(A)</bold> 1.5&#xa0;mm and <bold>(D)</bold> 2&#xa0;mm. Second column: the relative difference between the result calculated under classical assumption, multiple scattering model, and CST simulation for <italic>R</italic> equal to <bold>(A)</bold> 1.5&#xa0;mm and <bold>(D)</bold> 2&#xa0;mm. Third column: the ratio of scattering cross section calculated under the multiple scattering method to the results calculated with the classical assumption for <italic>R</italic> equal to <bold>(A)</bold> 1.5&#xa0;mm and <bold>(D)</bold> 2&#xa0;mm.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fmats-08-739116-g006.tif"/>
</fig>
<p>Finally, in <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure&#x20;7</xref>, we depict the ratio of the scattering cross section calculated under the multiple scattering model to the result under the classical assumption <inline-formula id="inf148">
<mml:math id="m199">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as a function of the maximum order <italic>Na</italic> in the formula of addition theorem and the number of iterations in solving <xref ref-type="disp-formula" rid="e45">Eqs 45</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e46">46</xref>. Here, the frequency is set to 100&#xa0;GHz, and the particles are set to be uncharged. The convergence is demonstrated to be closely related to the distance between particles. For consistency, different inter-particle distances are indicated by the distance <italic>R</italic> from the center point of the particle cluster to the center of individual spheres. As illustrated in <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure&#x20;7</xref>, for two and four particles, the results for four and six iterations are nearly identical, which means four times of iteration is enough for convergence while keeping relatively low computational costs. Therefore, in the former calculations, we adopted four times of iterations to ensure the accuracy of the calculation. As for the maximum order <italic>Na</italic> applied in the formula of addition theorem, for a two-particle system shown in <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure&#x20;7A</xref>, the result is convergent when <italic>Na</italic> is greater than 6 and 8 for <italic>R</italic> equals 1.1 and 1.5&#xa0;mm, respectively. For four-particle clusters, the convergence condition is met for <italic>Na</italic> greater than 8 and 10 for <italic>R</italic> equals 1.5 and 2.0&#xa0;mm, respectively. As demonstrated in <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure&#x20;7</xref>, the slope of the curve is higher, and the convergence condition is met at smaller <italic>Na</italic> for larger inter-particle distances.</p>
<fig id="F7" position="float">
<label>FIGURE 7</label>
<caption>
<p>Convergence of the scattering cross section versus the number of iterations and <italic>N</italic>
<sub>
<italic>a</italic>
</sub>. The ratio of scattering cross section calculated under the multiple scattering method to the results calculated with the classical assumption for <bold>(A)</bold> two-particle clusters and <bold>(D)</bold> four-particle clusters with different separations between particles indicated by the distance <italic>R</italic> from the center point of the cluster to an individual particle.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fmats-08-739116-g007.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec sec-type="conclusion" id="s5">
<title>Conclusion</title>
<p>Based on the T-matrix approach, the problem of electromagnetic waves scattered by a single-charged particle can be solved, and the influence of surface charged density and relative permittivity of the particle is investigated. For sizes of particles much smaller than the wavelength of the incident EMWs, the enhancement of extinction cross section by surface charge is enlarged with the higher surface charge density but reduced by higher permittivity of the particle. The enhancement of scattering cross section by surface charge is slightly enlarged by a higher surface charge density and reduced by a higher permittivity of the particle. For a higher-frequency range, the influence of surface charge and relative permittivity on the extinction cross section can be neglected, but the scattering cross section is slightly reduced by higher surface charge and larger relative permittivity of the particle. With the increase in the size of the particles, the enhancement of scattering/extinction cross sections due to the surface charges is smaller.</p>
<p>Next, exploiting the T-matrix approach based on the addition theorem and the iterative method, the multiple scattering problem of clustered charged particles can be solved. The influence of inter-particle distances and surface charge density on the multiple scattering effect is investigated. Scattering cross sections of two-particle systems and four-particle clusters are calculated via the multiple scattering method with varying inter-particle distances. The deviation from the result calculated under the classical independent scattering assumption is obvious when inter-particle distance is smaller than three times that of the particle radius and is further enlarged as particles are getting closer. Surface charge density has little influence on the multiple scattering effect within several hundred mC/m<sup>2</sup>.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec id="s6">
<title>Data Availability Statement</title>
<p>The raw data supporting the conclusions of this article will be made available by the authors, without undue reservation.</p>
</sec>
<sec id="s7">
<title>Author Contributions</title>
<p>WY did the calculation and implementation of the MATLAB program, XH, SZ and CW did the mathematical derivation, JJ, TY and FG did the simulation verification.</p>
</sec>
<sec id="s8">
<title>Funding</title>
<p>This work was supported by the National Natural Science Foundation of China(NNSFC) under Grants No. 51777213, National Key Laboratory Foundation No. 6142205200402, the Fundamental Research Funds for the Central Universities No. 2020XZZX002-15, Beijing Information science and technology university Research Grants No. 2025037.</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="s9">
<title>Conflict of Interest</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
<sec sec-type="disclaimer" id="s10">
<title>Publisher&#x2019;s Note</title>
<p>All claims expressed in this article are solely those of the authors and do not necessarily represent those of their affiliated organizations, or those of the publisher, the editors, and the reviewers. Any product that may be evaluated in this article, or claim that may be made by its manufacturer, is not guaranteed or endorsed by the publisher.</p>
</sec>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Altuncu</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Durukan</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Akdogan</surname>
<given-names>R. E.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Reconstruction of Two-Dimensional Objects Buried into Three-Part Space with Locally Rough Interfaces via Distorted Born Iterative Method</article-title>. <source>Pier</source> <volume>166</volume>, <fpage>23</fpage>&#x2013;<lpage>41</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.2528/PIER19072203</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B2">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ansari</surname>
<given-names>A. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Evans</surname>
<given-names>B. G.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1982</year>). <article-title>Microwave Propagation in Sand and Dust Storms</article-title>. <source>IEE Proc. F Commun. Radar Signal. Process. UK</source> <volume>129</volume>, <fpage>315</fpage>&#x2013;<lpage>322</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1049/ip-f-1.1982.0047</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B3">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bohren</surname>
<given-names>C. F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Huffman</surname>
<given-names>D. R.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1998</year>). <source>Absorption and Scattering of Light by Small Particles</source>. <publisher-loc>Hoboken, NJ</publisher-loc>: <publisher-name>John Wiley &#x26; Sons</publisher-name>. </citation>
</ref>
<ref id="B4">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bohren</surname>
<given-names>C. F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hunt</surname>
<given-names>A. J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1977</year>). <article-title>Scattering of Electromagnetic Waves by a Charged Sphere</article-title>. <source>Can. J.&#x20;Phys.</source> <volume>55</volume>, <fpage>1930</fpage>&#x2013;<lpage>1935</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1139/p77-235</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B5">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bruning</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yuen Lo</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1971</year>). <article-title>Multiple Scattering of EM Waves by Spheres Part I--Multipole Expansion and ray-optical Solutions</article-title>. <source>IEEE Trans. Antennas Propagat.</source> <volume>19</volume>, <fpage>378</fpage>&#x2013;<lpage>390</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TAP.1971.1139944</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B6">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chai</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ge</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hu</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xiang</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Han</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Angle-dependent Optical Response of the Plasmonic Nanoparticle Clusters with Rotational Symmetry</article-title>. <source>Opt. Express</source> <volume>28</volume>, <fpage>10425</fpage>&#x2013;<lpage>10437</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/OE.388590</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B7">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Cruzan</surname>
<given-names>O. R.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1962</year>). <article-title>Translational Addition Theorems for Spherical Vector Wave Functions</article-title>. <source>Quart. Appl. Math.</source> <volume>20</volume>, <fpage>33</fpage>&#x2013;<lpage>40</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1090/qam/132851</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B8">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Fung</surname>
<given-names>K. H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chan</surname>
<given-names>C. T.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2008</year>). <article-title>Analytical Study of the Plasmonic Modes of a Metal Nanoparticle Circular Array</article-title>. <source>Phys. Rev. B</source> <volume>77</volume>, <fpage>205423</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevB.77.205423</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B9">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ghobrial</surname>
<given-names>S. I.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jervase</surname>
<given-names>J.&#x20;A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1997</year>). <source>Microwave Propagation in Dust Storms at 10.5 GHz - A Case Study in Khartoum, Sudan</source>, <volume>E80-B</volume>. <publisher-loc>Tokyo, Japan</publisher-loc>: <publisher-name>IEICE Transactions on Communications.</publisher-name>, <fpage>1722</fpage>&#x2013;<lpage>1727</lpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B10">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Gill</surname>
<given-names>E. W. B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Alfrey</surname>
<given-names>G. F.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1949</year>). <article-title>Frictional Electrification</article-title>. <source>Nature</source> <volume>163</volume>, <fpage>172</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/163172a0</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B11">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Gill</surname>
<given-names>E. W. B.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1948</year>). <article-title>Frictional Electrification of Sand</article-title>. <source>Nature</source> <volume>162</volume>, <fpage>568</fpage>&#x2013;<lpage>569</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/162568b0</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B12">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Haddad</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Salman</surname>
<given-names>M. J.&#x20;H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jha</surname>
<given-names>R. K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1983</year>). <article-title>Effects of Dust/sandstorm on Some Aspects of Microwave Propagation</article-title>. <source>Proc. ESA Spec. Publ.</source> <volume>194</volume>, <fpage>153</fpage>&#x2013;<lpage>162</lpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B13">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Holloway</surname>
<given-names>C. L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kuester</surname>
<given-names>E. F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Haddab</surname>
<given-names>A. H.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Retrieval Approach for Determining Surface Susceptibilities and Surface Porosities of a Symmetric Metascreen from Reflection and Transmission Coefficients</article-title>. <source>Pier</source> <volume>166</volume>, <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>22</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.2528/PIER19022305</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B14">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Huang</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tsang</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Colliander</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shah</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xu</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yueh</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Multiple Scattering of Waves by Complex Objects Using Hybrid Method of T-Matrix and Foldy-Lax Equations Using Vector Spherical Waves and Vector Spheroidal Waves</article-title>. <source>Pier</source> <volume>168</volume>, <fpage>87</fpage>&#x2013;<lpage>111</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.2528/PIER20080409</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B15">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Islam</surname>
<given-names>M. R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Omer Elshaikh</surname>
<given-names>Z. E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Khalifa</surname>
<given-names>O. O.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Alam</surname>
<given-names>A. Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Khan</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Naji</surname>
<given-names>A. W.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2010</year>). <article-title>Prediction of Signal Attenuation Due to Duststorms Using Mie Scattering</article-title>. <source>Iiumej</source> <volume>11</volume>, <fpage>71</fpage>&#x2013;<lpage>87</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.31436/iiumej.v11i1.42</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B16">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kla&#x10d;ka</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kocifaj</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kundracik</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Videen</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Koh&#xfa;t</surname>
<given-names>I.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2015b</year>). <article-title>Generalization of Electromagnetic Scattering by Charged Grains through Incorporation of Interband and Intraband Effects</article-title>. <source>Opt. Lett.</source> <volume>40</volume>, <fpage>5070</fpage>&#x2013;<lpage>5073</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/OL.40.005070</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B17">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kla&#x10d;ka</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kocifaj</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kundracik</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Videen</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2015a</year>). <article-title>Optical Signatures of Electrically Charged Particles: Fundamental Problems and Solutions</article-title>. <source>J.&#x20;Quantitative Spectrosc. Radiative Transfer</source> <volume>164</volume>, <fpage>45</fpage>&#x2013;<lpage>53</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jqsrt.2015.05.009</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B18">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Klacka</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kocifaj</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2010</year>). <article-title>On the Scattering of Electromagnetic Waves by a Charged Sphere</article-title>. <source>Pier</source> <volume>109</volume>, <fpage>17</fpage>&#x2013;<lpage>35</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.2528/PIER10072708</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B19">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kla&#x10d;ka</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kocifaj</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2007</year>). <article-title>Scattering of Electromagnetic Waves by Charged Spheres and Some Physical Consequences</article-title>. <source>J.&#x20;Quantitative Spectrosc. Radiative Transfer</source> <volume>106</volume>, <fpage>170</fpage>&#x2013;<lpage>183</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jqsrt.2007.01.016</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B20">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kocifaj</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kla&#x10d;ka</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kundracik</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Videen</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Charge-induced Electromagnetic Resonances in Nanoparticles</article-title>. <source>Annalen Der Physik</source> <volume>527</volume>, <fpage>765</fpage>&#x2013;<lpage>769</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/andp.201500202</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B21">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kocifaj</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kundracik</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Videen</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Optical Characterization of Electrically Charged Particles Using Discrete Dipole Approximation</article-title>. <source>J.&#x20;Quantitative Spectrosc. Radiative Transfer</source> <volume>184</volume>, <fpage>161</fpage>&#x2013;<lpage>166</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jqsrt.2016.07.010</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B22">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kocifaj</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Theoretical Conditions for Charge-Induced normal Modes in Spherical Particles</article-title>. <source>Laser Phys. Lett.</source> <volume>10</volume>, <fpage>055901</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1612-2011/10/5/055901</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B23">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kong</surname>
<given-names>J.&#x20;A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1986</year>). <source>Electromagnetic Wave Theory</source>. <publisher-loc>Hoboken, NJ</publisher-loc>: <publisher-name>John Wiley &#x26; Sons</publisher-name>. </citation>
</ref>
<ref id="B24">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lacks</surname>
<given-names>D. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mohan Sankaran</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2011</year>). <article-title>Contact Electrification of Insulating Materials</article-title>. <source>J.&#x20;Phys. D: Appl. Phys.</source> <volume>44</volume>, <fpage>453001</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0022-3727/44/45/453001</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B25">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Liao</surname>
<given-names>T.-H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ding</surname>
<given-names>K.-H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tsang</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Broadband Green&#x27;s Function with Higher Order Low Wavenumber Extractions for an Inhomogeneous Waveguide with Irregular Shape</article-title>. <source>Pier</source> <volume>164</volume>, <fpage>75</fpage>&#x2013;<lpage>95</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.2528/PIER18102903</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B26">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lovat</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Burghignoli</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Araneo</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Celozzi</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Andreotti</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Assante</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Shielding of an Imperfect Metallic Thin Circular Disk: Exact and Low-Frequency Analytical Solution</article-title>. <source>Pier</source> <volume>167</volume>, <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>10</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.2528/PIER19090908</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B27">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lowell</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rose-Innes</surname>
<given-names>A. C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1980</year>). <article-title>Contact Electrification</article-title>. <source>Adv. Phys.</source> <volume>29</volume>, <fpage>947</fpage>&#x2013;<lpage>1023</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/00018738000101466</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B28">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mishchenko</surname>
<given-names>M. I.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Travis</surname>
<given-names>L. D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lacis</surname>
<given-names>A. A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2006</year>). <source>Multiple Scattering of Light by Particles: Radiative Transfer and Coherent Backscattering</source>. <publisher-loc>Cambridge</publisher-loc>: <publisher-name>Cambridge University Press</publisher-name>. </citation>
</ref>
<ref id="B29">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mishchenko</surname>
<given-names>M. I.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Travis</surname>
<given-names>L. D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lacis</surname>
<given-names>A. A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2002</year>). <source>Scattering, Absorption, and Emission of Light by Small Particles</source>. <publisher-loc>Cambridge</publisher-loc>: <publisher-name>Cambridge University Press</publisher-name>. </citation>
</ref>
<ref id="B30">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Peterson</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Strm</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1974</year>). <article-title>T-matrix Formulation of Electromagnetic Scattering from Multilayered Scatterers</article-title>. <source>Phys. Rev. D</source> <volume>10</volume>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevd.10.2670</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B31">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Popov</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2012</year>). <source>Gratings: Theory and Numeric Applications</source>. <publisher-loc>France</publisher-loc>: <publisher-name>Institut Fresnel, CNRS, AMU</publisher-name>. </citation>
</ref>
<ref id="B32">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Stein</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1997</year>). <article-title>Addition Theorems for Spherical Wave Functions</article-title>. <source>Quart. Appl. Math.</source> <volume>19</volume>, <fpage>15</fpage>&#x2013;<lpage>24</lpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B33">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Tan</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tsang</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Efficient Broadband Evaluations of Lattice Green&#x27;s Functions via Imaginary Wavenumber Components Extractions</article-title>. <source>Pier</source> <volume>164</volume>, <fpage>63</fpage>&#x2013;<lpage>74</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.2528/PIER18102001</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B34">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Tsang</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kong</surname>
<given-names>J.&#x20;A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ding</surname>
<given-names>K. H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ao</surname>
<given-names>C. O.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2001</year>). <source>Scattering of Electromagnetic Waves: Numerical Simulations</source>. <publisher-loc>Hoboken, NJ</publisher-loc>: <publisher-name>John Wiley &#x26; Sons</publisher-name>. </citation>
</ref>
<ref id="B35">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Tsang</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kong</surname>
<given-names>J.&#x20;A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ding</surname>
<given-names>K. H.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2000</year>). <source>Scattering of Electromagnetic Waves: Theories and Applications</source>. <publisher-loc>Hoboken, NJ</publisher-loc>: <publisher-name>John Wiley &#x26; Sons</publisher-name>. </citation>
</ref>
<ref id="B36">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Tsang</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kong</surname>
<given-names>J.&#x20;A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1983</year>). <article-title>Scattering of Electromagnetic Waves from a Half Space of Densely Distributed Dielectric Scatterers</article-title>. <source>Radio Sci.</source> <volume>18</volume>, <fpage>1260</fpage>&#x2013;<lpage>1272</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1029/RS018i006p01260</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B37">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Qian</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hu</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shen</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Superscattering of Light in Refractive-Index Near-Zero Environments</article-title>. <source>Pier</source> <volume>168</volume>, <fpage>15</fpage>&#x2013;<lpage>23</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.2528/PIER20070401</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B38">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Xie</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Han</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ma</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhou</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2013a</year>). <article-title>An Electrification Mechanism of Sand Grains Based on the Diffuse Double Layer and Hertz Contact Theory</article-title>. <source>Appl. Phys. Lett.</source> <volume>103</volume>, <fpage>104103</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.4819948</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B39">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Xie</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bao</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhou</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2013b</year>). <article-title>Contact Electrification by Collision of Homogenous Particles</article-title>. <source>J.&#x20;Appl. Phys.</source> <volume>113</volume>, <fpage>184908</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.4804331</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B40">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Xie</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhong</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Du</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhou</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Monte Carlo Simulation of Electromagnetic Wave Transmittance in Charged Sand/dust Storms</article-title>. <source>J.&#x20;Quantitative Spectrosc. Radiative Transfer</source> <volume>241</volume>, <fpage>106744</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jqsrt.2019.106744</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B41">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Xue</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>Y. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chew</surname>
<given-names>W. C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jin</surname>
<given-names>Y.-Q.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Boag</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>The Multilevel Fast Physical Optics Method for Calculating High Frequency Scattered Fields</article-title>. <source>Pier</source> <volume>169</volume>, <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>15</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.2528/PIER20071203</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B42">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ding</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Panetta</surname>
<given-names>R. L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liou</surname>
<given-names>K.-N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kattawar</surname>
<given-names>G. W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mishchenko</surname>
<given-names>M. I.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>On the Convergence of Numerical Computations for Both Exact and Approximate Solutions for Electromagnetic Scattering by Nonspherical Dielectric Particles (Invited Review)</article-title>. <source>Pier</source> <volume>164</volume>, <fpage>27</fpage>&#x2013;<lpage>61</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.2528/PIER18112810</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B43">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hu</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gao</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Designer Surface Plasmons Enable Terahertz Cherenkov Radiation (Invited)</article-title>. <source>Pier</source> <volume>169</volume>, <fpage>25</fpage>&#x2013;<lpage>32</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.2528/PIER20102708</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B44">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhou</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dou</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xie</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Scattering and Attenuation of Electromagnetic Waves by Partly Charged Particles</article-title>. <source>J.&#x20;Quantitative Spectrosc. Radiative Transfer</source> <volume>206</volume>, <fpage>55</fpage>&#x2013;<lpage>62</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jqsrt.2017.11.006</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B45">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhou</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xie</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2011</year>). <article-title>Effect of Net Surface Charge on Particle Sizing and Material Recognition by Using Phase Doppler Anemometry</article-title>. <source>Appl. Opt.</source> <volume>50</volume>, <fpage>379</fpage>&#x2013;<lpage>386</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/ao.50.000379</pub-id> </citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>