Ученые из EPFL в Швейцарии совместно с коллегами из Австралии разработали новый способ управления хиральностью света с помощью специально спроектированных поверхностей, называемых метаповерхностями. Хиральность, или «рукость», — это свойство, согласно которому некоторые объекты являются зеркальными отражениями друг друга, но не могут быть идеально совмещены, подобно левой и правой руке. В биологии это имеет большое значение: ДНК и сахара являются правовращающими, тогда как аминокислоты — левовращающими. Изменение «рукости» молекулы может сделать питательное вещество бесполезным или даже превратить лекарство во вредное вещество. Сам свет также может быть лево- или правовращающим, когда он циркулярно поляризован, то есть его электрическое поле закручивается в пространстве по спирали.
Проблема заключается в том, что материалы обычно очень слабо взаимодействуют с этим скрученным светом, поэтому контроль хиральности всегда был затруднен. Команда EPFL решила эту задачу, создав метаповерхности — плоские решетки, состоящие из крошечных строительных блоков, называемых метаатомами. Изменяя ориентацию этих метаатомов и располагая их в различных решетчатых структурах, исследователи смогли настроить отклик поверхности на поляризованный свет. Их метод работает для всех пяти возможных планарных симметрий Браве, что делает его универсальной стратегией проектирования.
Созданная ими метаповерхность использовала германий и дифторид кальция и содержала градиент метаатомов, ориентация которых плавно менялась по чипу. Такая конфигурация позволила им получать предсказуемые хиральные отклики, которые можно было регулировать простыми изменениями параметров. В одном из экспериментов они одновременно закодировали два изображения в среднеинфракрасном диапазоне. Изображение австралийского какаду было закодировано в размере метаатомов и могло быть видно при неполяризованном свете. Второе изображение швейцарской Маттерхорн было закодировано в ориентации метаатомов и появлялось только при использовании циркулярно поляризованного света. Это продемонстрировало, что метаповерхность может кодировать информацию одновременно и в пропускании, и в круговом дихроизме.
Такое двойное кодирование действует как скрытый водяной знак, что может быть полезно для защиты от подделок, маскировки и безопасного хранения данных, например, в области оптического шифрования. Но сферы применения этим не ограничиваются. Хиральные метаповерхности могут помочь в управлении структурированным светом для биосенсорики, фотохимии, голографии и квантовой фотоники. Например, квантовые технологии часто полагаются на поляризованный свет для выполнения вычислений, а биосенсорика зависит от способности различать лево- и правовращающие молекулы. Возможность картировать хиральные отклики на больших поверхностях может упростить тестирование состава или чистоты лекарств по очень малым образцам.
Исследователи описывают свой подход как «набор инструментов для хирального проектирования», который проще ранних методов, основанных на сложных формах метаатомов. Вместо этого они сосредоточились на балансе между геометрией метаатомов и симметрией решетки. Это дает ученым гибкий способ проектирования хиральных метаструктур по требованию, открывая новые возможности в естественных науках, квантовой оптике и передовых оптических технологиях.
Эта статья была сгенерирована с помощью ИИ и проверена редактором. В соответствии с Разделом 107 Закона об авторском праве 1976 года, этот материал используется в целях новостного освещения. Добросовестное использование — это использование, разрешенное статутом об авторском праве, которое в противном случае могло бы нарушать права.
Facebook*, Instagram* и WhatsApp* принадлежат компании Meta* Platforms Inc., деятельность которой признана экстремистской и запрещена на территории Российской Федерации.
Всегда имейте в виду, что редакции могут придерживаться предвзятых взглядов в освещении новостей.
Автор – Sayan Sen
