Un campione anisotropico 3D viene illuminato da luce polarizzata (P) e le sue immagini 2D vengono registrate dopo il passaggio attraverso l'analizzatore (A). Questa immagine sensibile alla polarizzazione 2D nasconde in particolare le informazioni assialmente disomogenee dell'anisotropia 3D. Le bacchette rosse raffigurano i registi. á ñz denota la media lungo l'asse z. b, Il presente metodo visualizza direttamente l'anisotropia 3D. Risolvendo l'equazione d'onda vettoriale, la distribuzione 3D dell'anisotropia ottica viene ricostruita quantitativamente. no, ne ed e denotano l'IR ordinario, l'IR straordinario e il tensore dielettrico. Credito:Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)
Un gruppo di ricerca ha riportato la misurazione diretta dei tensori dielettrici di strutture anisotrope, comprese le variazioni spaziali dei principali indici di rifrazione e direttori. Il gruppo ha anche dimostrato misurazioni tomografiche quantitative di varie strutture di cristalli liquidi nematici e la loro dinamica di non equilibrio 3D veloce utilizzando un metodo tomografico 3D senza etichetta. Il metodo è stato descritto in Materiali naturali .
Le interazioni luce-materia sono descritte dal tensore dielettrico. Nonostante la loro importanza nella scienza e nelle applicazioni di base, non è stato possibile misurare direttamente i tensori dielettrici 3D. La sfida principale era dovuta alla natura vettoriale della diffusione della luce da una struttura anisotropa 3D. Gli approcci precedenti riguardavano solo indirettamente le informazioni anisotropiche 3D ed erano limitati a condizioni o ipotesi di campionamento bidimensionali, qualitative e rigorose.
Il team di ricerca ha sviluppato un metodo che consente la ricostruzione tomografica di tensori dielettrici 3D senza alcuna preparazione o ipotesi. Un campione viene illuminato con un raggio laser con vari angoli e stati di polarizzazione circolare. Quindi, i campi di luce diffusi da un campione vengono misurati olograficamente e convertiti in componenti di diffrazione vettoriale. Infine, risolvendo inversamente un'equazione d'onda vettoriale, viene ricostruito il tensore dielettrico 3D.
Il professor YongKeun Park ha affermato:"C'era un numero maggiore di incognite nella misurazione diretta rispetto all'approccio convenzionale. Abbiamo applicato il nostro approccio per misurare immagini olografiche aggiuntive inclinando leggermente l'angolo di incidenza".
Ha detto che l'illuminazione leggermente inclinata fornisce una polarizzazione ortogonale aggiuntiva, che rende il problema sottodeterminato il problema determinato. "Sebbene i campi sparsi dipendano dall'angolo di illuminazione, il teorema di differenziazione di Fourier consente l'estrazione dello stesso tensore dielettrico per l'illuminazione leggermente inclinata", ha aggiunto il professor Park.
Il metodo del suo team è stato convalidato ricostruendo ben note strutture a cristalli liquidi (LC), comprese le configurazioni nematiche, radiali e bipolari allineate ibride, nematica contorta. Inoltre, il team di ricerca ha dimostrato le misurazioni sperimentali della dinamica di non equilibrio di annichilazione, nucleazione e fusione di goccioline LC e la rete polimerica LC con ripetuti difetti topologici 3D.
"Questa è la prima misurazione sperimentale della dinamica di non equilibrio e dei difetti topologici 3D nelle strutture LC in modo privo di etichette. Il nostro metodo consente l'esplorazione di strutture e interazioni nematiche inaccessibili nella dinamica di non equilibrio", primo autore Dr. Seungwoo Shin spiegato. + Esplora ulteriormente
