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光学物理学

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‘Cartwheeling’光揭示了新型的偏振光-物质相互作用

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赖斯大学研究生Lauren McCarthy。 (礼貌:杰夫·菲特洛/莱斯大学)

依赖于物质和偏振光之间相互作用的技术通常会受到线性或圆偏振的众所周知的影响。美国赖斯大学的研究人员现在通过研究物质如何对另一种极化形式做出反应,为新方法打开了大门。这种形式称为“摆线”极化,其特征是光电场中的“车轮”运动可以顺时针或逆时针方向发生。由于物质可以区分这两个方向,因此摆线二色性可以用于开发新型光谱学工具。

圆极化光通常用于研究小生物分子(例如蛋白质,DNA和氨基酸)的构象,在该圆极化光中,电磁场的方向以螺旋或“螺旋状”的方式旋转。这些研究之所以可行,是因为此类分子是手性的,也就是说,它们的结构具有“手性”,使它们以不同的方式吸收左旋和右旋圆偏振光,这种现象称为二色性。线性偏振也被广泛使用,例如控制太阳镜中的反射和眩光。

赖斯研究人员研究的光偏振与这些更熟悉的类型非常不同。摆线光中的电磁场的方向不是沿螺旋线前进,而是随着传播而端对端地转变,随其顺时针或逆时针旋转。研究的主要作者解释说:“就像呼啦圈一样。” 劳伦·麦卡锡.

测量从等离子体纳米棒散射的光

赖斯大学的研究人员通过在气-液界面处对线偏振光进行全内反射而产生了次摆线光波。这种类型的反射会产生偏振的wave逝波-与普通的自由光波不同,它仅存在于表面附近,因此McCarthy及其同事能够通过改变入射光的偏振来调整其摆线特性。

然后,研究小组研究了成对的称为金等离激元纳米棒的粒子如何散射这种光。这些粒子是由金属纳米结构制成的,这得益于等离激元的物理作用,可以进行微调以吸收和散射不同频率的光–当光与金属中的电子相互作用并使它们振荡时,准粒子就会出现。

尽管先前的实验中已经观察到摆线偏振光偏振,但McCarthy及其同事是第一个使用等离子体纳米颗粒研究其与物质相互作用的方法。她说:“使用暗视野显微镜和光谱仪,我们发现顺时针和逆时针的摆线极化与成对的彼此呈90°取向的等离子纳米棒相互作用不同。” 物理世界。 “实际上,当我们将摆线偏振从顺时针方向切换为逆时针方向时,纳米棒对散射的光的波长发生了变化,这是一个易于理解的二色性指标。”

光谱签名

McCarthy补充说,先前关于摆线偏振的研究集中在诸如电场电场独特的横向自旋角动量等特性上,这些特性可以使光沿一个方向传播。 “相反,我们的研究着眼于顺时针和逆时针偏振光照射的物质的光谱特征。”

团队成员,他们在 PNAS,认为摆线二向色性可以帮助发展光谱技术,以补充已建立的线性和圆形二向色性光谱学。 “最终,二向色性是分子几何学的光学指标,”麦卡锡说。 “由于车轮惯性,四极极化非常适合探测分子中的车轮电荷运动,而圆二色性可以探测螺旋电荷运动。”

研究人员现在想观察分子系统中摆线二向色性的特征,例如某些集光分子天线,其电荷运动既是惯性运动又是螺旋运动。预期此类结构对摆线二色性特别敏感。

版权©2020年由IOP 出版 Ltd和个人贡献者