Dynaaminen valon kätisyyden kierre

Harvardin John A. Paulsonin teknillisen ja sovelletun tieteen koulun (SEAS) tutkijat ovat luoneet sirumittakaavan rakenteen, joka voi dynaamisesti ohjata valon kiraalisuutta sen kulkiessa rakenteen läpi – yksinkertaisella kahden erityisesti suunnitellun fotonikiteen kiertämisellä MEMS-tekniikan avulla.

Läpimurto avaa uusia mahdollisuuksia edistyneelle kiraaliselle tunnistukselle, optiselle tiedonsiirrolle ja kvanttifotoniikalle.

”Kiraalisuus on erittäin tärkeää monilla tieteenaloilla – farmasiasta kemiaan, biologiaan ja tietenkin fysiikkaan ja fotoniikkaan”, professori Eric Mazur sanoi. ”Integroimalla kierrettyjä fotonisia kiteitä MEMS-järjestelmiin meillä on alusta, joka on paitsi tehokas fysiikan näkökulmasta, myös yhteensopiva nykyaikaisen fotoniikan valmistustavan kanssa.”

Äskettäin julkaistussa työssään he osoittavat, että kierretty kaksikerroksinen fotoninen kide on tehokas alusta valon kiraalisuuden hallintaan, koska kierre tuo luonnostaan rakenteeseen sisäänrakennetun vasen-oikea-asymmetrian.

Kiraalista valoa käytetään kiraalisten rakenteiden tutkimiseen, tyypillisesti käyttämällä perinteisiä polarisaatio-optiikoita, kuten aaltolevyjä ja lineaarisia polarisaattoreita. Nämä laitteet ovat staattisia ja pystyvät havaitsemaan vain pienen polarisaatioalueen.

Harvardin tutkijoiden uusi rakenne on sitä vastoin suunniteltu tyylikkäästi viritettäväksi – eli sen vastetta erityyppiseen kiraaliseen valoon voidaan säätää vaihtamatta mitään osia.

Salaisuus piilee kaksikerroksisessa rakenteessa: Kun kaksi fotonista kidettä tuodaan lähelle toisiaan ja kierretään, yhdistetystä rakenteesta tulee geometrisesti kiraalinen ja se pystyy "lukemaan" kiraalista valoa. Kerrosten optisten moodien välinen voimakas kytkentä johtaa dramaattisesti erilaisiin läpäisyihin vasemmalle tai oikealle ympyräpolarisoidulle valolle "normaalissa tulokulmassa" eli pintaan kohtisuorassa osuvalla polarisoidulla valolla.

Käyttämällä MEMS-tekniikkaa jatkuvasti kiertokulman ja välikerroksen etäisyyden säätämiseen, tiimi osoitti, että he pystyivät virittämään laitteen luontaisen kyvyn lukea erilaisia kiraalisia valomoodeja, jotka lähestyvät täydellisen selektiivisyyden teoreettisia ääripäitä valon "kätisyyden" erottamiseksi.

Artikkeli tarjoaa yleisen suunnittelukehyksen kierretyille kaksikerroksisille kiteille, joilla on optinen kiraalisuus. Vaikka tutkimus on tällä hetkellä vasta konseptin toimivuuden todistus, se voisi tasoittaa tietä tulevaisuuden sovelluksille kiraalisessa tunnistuksessa, jossa laitteet viritetään luotailemaan erilaisia kiraalisia molekyylejä eri aallonpituuksilla, tai dynaamisille valomodulaattoreille optista viestintää varten, mikä mahdollistaa valon hallinnan sirulla.

Aiheesta aiemmin:

Sähköistä kiraalisuuden kytkentää

Kiraalinen kvanttitila topologisessa materiaalissa