Quando uno specchio normale riflette la luce polarizzata circolarmente, inverte lo stato di rotazione della luce. In contrasto, il meta-specchio chirale conserva uno dei due stati di spin quando riflette la luce polarizzata circolarmente, assorbendo l'altro stato di spin. Credito:Kang et al. ©2017 American Chemical Society
(Phys.org)—I ricercatori hanno progettato un nuovo tipo di specchio che riflette la luce in un modo completamente diverso rispetto agli specchi convenzionali. Il nuovo specchio, chiamato meta-specchio chirale, ha potenziali applicazioni per l'elaborazione delle informazioni con la luce, film 3D di nuova generazione, e altre tecnologie che manipolano la luce in modi nuovi.
I ricercatori, guidato da Wenshan Cai presso il Georgia Institute of Technology, hanno pubblicato un articolo sul meta-specchio chirale in un recente numero di Nano lettere .
Le proprietà riflettenti non convenzionali del nuovo specchio derivano dal modo in cui lo specchio risponde alla luce polarizzata circolarmente. Le onde luminose sono composte da campi elettrici e magnetici, e quando il campo elettrico viaggia leggermente dietro il campo magnetico o viceversa, l'onda luminosa si muove lungo un percorso elicoidale attraverso il tempo, e questa è chiamata luce polarizzata circolarmente. La maggior parte della luce intorno a noi, come la luce del sole e le lampadine, non è polarizzato ma può diventare polarizzato passando attraverso un filtro di polarizzazione.
Un'onda di luce polarizzata circolarmente può viaggiare in senso orario (destra) o antiorario (sinistra), che è determinato da una proprietà fisica intrinseca della luce chiamata momento angolare di spin e, di conseguenza, è chiamato stato di spin della luce. La principale differenza tra il nuovo specchio e gli specchi convenzionali è il modo in cui ciascuno risponde agli stati di rotazione della luce polarizzata circolarmente.
Quando un raggio di luce polarizzata circolarmente raggiunge uno specchio convenzionale, lo specchio inverte lo stato di rotazione del raggio, in modo che la luce che riflette indietro abbia la rotazione opposta alla luce che entra. Per molte applicazioni, questa proprietà non pone alcun problema, e infatti gli specchi sono uno dei componenti più importanti di molti dispositivi ottici. Però, per alcune nuove applicazioni come l'elaborazione dell'informazione fotonica in cui gli stati di spin della luce trasportano dati, è importante mantenere e controllare gli stati di spin quando vengono riflessi dagli specchi.
Il nuovo meta-specchio chirale fa quasi l'opposto di uno specchio convenzionale per quanto riguarda gli stati di spin. Invece di riflettere lo stato di spin opposto, riflette lo stesso stato di spin di un fascio polarizzato circolarmente incidente, ma solo per uno stato di rotazione. Quando un raggio con lo stato di spin opposto arriva allo specchio, lo specchio assorbe completamente quella luce. Quindi il risultato finale è che lo specchio riflette solo la luce con uno stato di rotazione:fasci polarizzati circolarmente sinistro o destro, ma non entrambi.
Confronto di immagini microscopiche del meta-specchio chirale illuminato da destra polarizzata circolarmente, lineare, e onde luminose polarizzate circolarmente sinistra. Credito:Kang et al. ©2017 American Chemical Society
"Offriamo la possibilità di preservare gli stati di spin di un'onda ottica sulla riflessione da un meta-specchio chirale, "Cai ha detto Phys.org . "In netto contrasto con una normale superficie riflettente, il meta-specchio chirale opera assorbendo uno stato di spin, mentre consente all'altro di essere riflesso indietro con lo stesso stato di spin di quello dell'onda incidente".
Mentre la maggior parte degli specchi convenzionali sono realizzati con metalli comuni, come una sottile pellicola d'argento ricoperta da un pezzo di vetro più spesso, nessun materiale naturale conosciuto ha la proprietà chirottica esibita dal nuovo specchio. Per questa ragione, i ricercatori hanno fabbricato il nuovo specchio da un materiale artificiale, un metamateriale con una geometria su scala nanometrica progettata specificamente per esibire questa proprietà. Il meta-specchio è costituito da un film sottile perforato da una serie di fori asimmetrici, e questa asimmetria contribuisce alla risposta chirottica non convenzionale.
"Metamateriali, che offrono manipolazione della luce su scala nanometrica, può ottenere un'alterazione della polarizzazione nelle lunghezze di propagazione di appena un paio di centinaia di nanometri, " disse Cai.
I ricercatori notano che il meta-specchio chirale è relativamente facile da fabbricare, e si aspettano che avrà applicazioni nella trasmissione di dati ottici e altre tecnologie che intendono approfondire in futuro.
"Alcuni dei modi più comuni per inviare dati tramite mezzi ottici sono la divisione del tempo o il multiplexing della lunghezza d'onda, " Cai ha detto. "Tuttavia, con l'aumentare della domanda di aumento della larghezza di banda dei dati, è necessario un grado più elevato di multiplexing. Per quanto riguarda le comunicazioni ottiche, il controllo della polarizzazione apre un altro paradigma per il multiplexing e la gestione dei dati. La capacità del nostro meta-specchio di preservare uno stato di spin incidente aiuterà nello sviluppo di questi sistemi sensibili alla polarizzazione.
"I meta-specchi chirali possono essere utilizzati anche per applicazioni nel rilevamento chirottico, analisi del segnale chirale, e potrebbe persino svolgere un ruolo nella prossima generazione di film 3D. La maggior parte dei film in 3D si basa sulla destrezza e sulla mano sinistra della luce polarizzata circolarmente che passa attraverso gli occhiali che indossiamo nei cinema. Con questa distinzione di polarizzazione a portata di mano, i meta-specchi chirali potrebbero persino trovare utilità in questo settore."
© 2017 Phys.org
