Gương mới phản xạ ánh sáng khác với gương thông thường

Anonim

(Phys.org) - Các nhà nghiên cứu đã thiết kế một loại gương mới phản chiếu ánh sáng theo một cách hoàn toàn khác so với các gương thông thường. Gương mới, được gọi là siêu gương chiral, có các ứng dụng tiềm năng để xử lý thông tin với ánh sáng, các phim 3-D thế hệ tiếp theo và các công nghệ khác điều khiển ánh sáng theo những cách mới lạ.

Các nhà nghiên cứu, dẫn đầu bởi Wenshan Cai tại Viện Công nghệ Georgia, đã xuất bản một bài báo về siêu nhân chiral trong một số gần đây của Nano Letters .

Các đặc tính phản chiếu độc đáo của gương mới phát sinh từ cách gương phản ứng với ánh sáng phân cực tròn. Sóng ánh sáng bao gồm từ trường điện và từ trường, và khi điện trường di chuyển nhẹ phía sau từ trường hoặc ngược lại, sóng ánh sáng di chuyển dọc theo một đường xoắn ốc theo thời gian, và điều này được gọi là ánh sáng phân cực tròn. Hầu hết ánh sáng xung quanh chúng ta, chẳng hạn như ánh sáng từ mặt trời và bóng đèn, là không phân cực nhưng có thể bị phân cực bằng cách đi qua một bộ lọc phân cực.

Sóng ánh sáng phân cực tròn có thể di chuyển theo chiều kim đồng hồ (bên phải) hoặc ngược chiều kim đồng hồ (trái), được xác định bởi một đặc tính vật lý bên trong của ánh sáng gọi là động lượng spin và do đó được gọi là trạng thái spin của ánh sáng. Sự khác biệt chính giữa gương mới và gương thông thường là cách mỗi phản ứng với trạng thái spin của ánh sáng phân cực tròn.

Khi chùm ánh sáng phân cực tròn đạt tới gương thông thường, gương đảo ngược trạng thái spin của chùm tia, sao cho ánh sáng phản xạ ngược lại có spin đối diện khi ánh sáng đi vào. Đối với nhiều ứng dụng, thuộc tính này không gây ra bất kỳ vấn đề nào, và trên thực tế, gương là một trong những thành phần quan trọng nhất của nhiều thiết bị quang học. Tuy nhiên, đối với một số ứng dụng mới như xử lý thông tin quang tử trong đó trạng thái spin của ánh sáng mang dữ liệu, điều quan trọng là duy trì và kiểm soát trạng thái spin khi phản xạ bằng gương.

Gương meta chiral mới gần như ngược lại với gương thông thường đối với trạng thái spin. Thay vì phản ánh trạng thái spin ngược lại, nó phản xạ cùng trạng thái spin của một chùm tia phân cực tròn, nhưng chỉ cho một trạng thái spin. Khi một chùm tia với trạng thái spin đối diện đến gương, gương hoàn toàn hấp thụ ánh sáng đó. Vì vậy, kết quả cuối cùng là gương phản chiếu ánh sáng chỉ với một trạng thái spin - hoặc là các chùm phân cực tròn trái hoặc phải, nhưng không phản ánh cả hai.

"Chúng tôi cung cấp khả năng bảo tồn các trạng thái spin của sóng quang khi phản chiếu từ một gương siêu chiral", Cai nói với Phys.org. "Ngược lại với một bề mặt phản xạ thông thường, siêu gương chiral hoạt động bằng cách hấp thụ một trạng thái spin, trong khi cho phép phản xạ ngược lại với trạng thái spin giống như của sóng tới."

Trong khi hầu hết các gương thông thường được làm bằng kim loại thông thường, chẳng hạn như một màng bạc mỏng được bao phủ bởi một mảnh thủy tinh dày hơn, không có vật liệu tự nhiên nào được biết đến có đặc tính chiroptical được trưng bày bởi gương mới. Vì lý do này, các nhà nghiên cứu chế tạo gương mới từ vật liệu nhân tạo - một siêu vật liệu với hình học nano được thiết kế đặc biệt để trưng bày tài sản này. Siêu gương bao gồm một màng mỏng đục lỗ bởi một mảng các lỗ bất đối xứng, và sự bất đối xứng này góp phần vào phản ứng chiroptical độc đáo.

"Các siêu vật liệu, cung cấp thao tác ánh sáng trên phạm vi nano, có thể đạt được sự thay đổi phân cực trong chiều dài lan truyền chỉ vài trăm nanomet, " Cai nói.

Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng siêu nhân chiral tương đối dễ chế tạo và họ hy vọng rằng nó sẽ có các ứng dụng trong truyền dữ liệu quang học và các công nghệ khác mà họ có kế hoạch điều tra thêm trong tương lai.

"Một số cách phổ biến nhất để gửi dữ liệu qua phương tiện quang học là phân chia thời gian hoặc ghép kênh bước sóng", Cai nói. "Tuy nhiên, do nhu cầu tăng băng thông dữ liệu tăng lên, cần có mức độ ghép kênh cao hơn. Về mặt truyền thông quang, điều khiển phân cực mở ra một mô hình khác cho việc ghép kênh và xử lý dữ liệu. sẽ hỗ trợ trong việc phát triển các hệ thống phân cực nhạy cảm này.

"Các siêu gương chiral cũng có thể được sử dụng cho các ứng dụng trong cảm biến chiroptical, phân tích tín hiệu chiral, và thậm chí có thể đóng vai trò trong thế hệ tiếp theo của phim 3 chiều. Hầu hết các phim 3-D đều dựa vào thuận tay trái và phải ánh sáng phân cực đi qua những chiếc kính mà chúng tôi mặc trong các rạp chiếu phim. Với sự phân biệt phân cực này, các siêu gương chiral thậm chí có thể tìm thấy tiện ích trong ngành công nghiệp này ”.

menu
menu