science >> Wetenschap >  >> Fysica

Elektromagnetische chiraliteit:van fundamenten tot niet-traditionele chiroptische verschijnselen

Chiroptische eigenschappen van discrete verstrooiende chiroptische objecten (chirale moleculen en deeltjes) en continue chiroptische media kunnen worden gekwantificeerd. In aanvulling, chiroptische eigenschappen van licht zijn gekwantificeerd in termen van lokale dichtheid van optische chiraliteit en optische heliciteit, en hun fluxen en spin, en orbitale impulsmomenten. Krediet:Jungho Mun, Minkyung Kim, Youngwan Yang, Trevon Badloe, Jincheng Ni, Yang Chen, Cheng Wei Qiu, en Junsuk Rho

Theoretische kaders van chiroptische eigenschappen van elektromagnetische materialen en velden worden besproken. Op basis van deze uitgangspunten, chiroptische systemen kunnen worden begrepen, en gecompliceerde chiroptische verschijnselen kunnen worden beschreven.

Recente ontwikkelingen in kunstmatige nanomaterialen en gestructureerde optische velden hebben het concept van chiroptische verschijnselen uitgebreid. Echter, chiroptische verschijnselen komen voort uit gecompliceerde processen waarbij sprake is van overgangen tussen toestanden met tegengestelde pariteiten, dus fundamenten van chiroptische processen zijn vereist voor een solide interpretatie van de verschijnselen. Hier, theoretische kaders over chiroptische eigenschappen van elektromagnetische materialen worden besproken in de context van microscopische (discrete chiroptische verstrooiers) en macroscopische (continue chiroptische media) systemen.

Een 'chiraal object' verwijst naar een driedimensionaal object dat niet op zijn spiegelbeeld kan worden gesuperponeerd met alleen translaties en rotaties. Dergelijke chirale objecten werken anders samen met links en rechts circulair gepolariseerd licht, en absorptieverschil bij deze twee circulaire polarisaties (circulair dichroïsme) is op grote schaal gebruikt om chiroptische eigenschappen van de chirale objecten te karakteriseren. Echter, (geometrische) chiraliteit is een kwalitatieve eigenschap; dat is, we zeggen niet dat de ene hand chiraler is dan die van de ander. Anderzijds, waargenomen chiroptische effecten zijn meetbare hoeveelheden. Door chiroptische parameters te introduceren, de chiroptische effecten kunnen worden beschreven en de mate van elektromagnetische chiraliteit kan worden gedefinieerd en gekwantificeerd.

Aanvullend, chiroptische eigenschappen van elektromagnetische velden worden besproken in de context van lokale dichtheid van veldchiraliteit en zijn flux, die zijn gedefinieerd als de optische chiraliteit en optische heliciteit. Ook, spiraalvormige bundels met intrinsiek baanimpulsmoment worden besproken als een andere klasse van chiraal licht.

In het algemeen, een chiraal fenomeen omvat twee chirale objecten, waarbij een chiraal object anders interageert met een ander chiraal object en zijn enantiomeer (spiegelbeeld). Bij chiroptische verschijnselen, een van de chirale objecten is het licht zelf. Door te erkennen dat licht ook chiraal kan zijn, de mate van chiraliteit van het veld kan ook worden gekwantificeerd.

Verschillende chiroptische fenomenen worden besproken in het kader van het gebruik van identieke chiroptische parameters van de velden en materialen. Deze benadering biedt een duidelijk begrip van verschillende chiroptische verschijnselen, waaronder intrinsieke en extrinsieke chiraliteit, enantioselectieve verstrooiing, moleculaire detectie, en optomechanische effecten. Dit overzichtsartikel zal nuttig zijn om gecompliceerde chiroptische verschijnselen te begrijpen en voor het ontwerpen en optimaliseren van chiroptische systemen en velden met goed gedefinieerde verdienste.