Използвайки концепцията за хиралност или разликата между една форма и нейния огледален образ, учени са разработили оптична метаповърхност, която контролира светлината, за да се получи проста и гъвкава техника за сигурно криптиране, сензори и изчисления.
Представете си, че се опитвате да носите ръкавица за лява ръка на дясната си ръка: тя не ви става, защото лявата и дясната ръка са огледални образи, които не могат да се наслагват един върху друг. Тази ориентация учените наричат хиралност, и тя играе фундаментална роля в биологията, химията и материалознанието. Повечето ДНК молекули и захари са дясноориентирани, докато повечето аминокиселини са лявоориентирани. Обръщането на ориентацията на молекулата може да направи едно хранително вещество безполезно, а лекарство - дори вредно.
 За разлика от линейната поляризирана светлина, кръгово поляризираната създава винтов модел. Кредит: Wikimedia Commons |
Светлината може да има и лява, и дясна поляризация. Когато светлинният лъч е кръгово поляризиран, неговото електрическо поле се движи в пространството по лява или дясна спирала. Тъй като хиралните структури взаимодействат по различен начин с тези два вида усукани светлинни лъчи, осветяването на проба с кръгово поляризирана светлина – и сравняването на това колко се абсорбира от всяка посока на усукане, отразява или забавя – позволява на учените да разчетат собствената "поляризация" на даден образец. Този ефект обаче е изключително слаб, което прави прецизния контрол на хиралността важна, но трудна задача.
Авторите на изследването от Федералната политехническа школа в Лозана (EPFL) определят своя набор от инструменти за хирален дизайн като елегантно прост и същевременно по-мощен от предишните подходи, които се опитват да контролират светлината чрез много сложни метаатомни геометрии.
Сега учени от Лабораторията за бионанофотонни системи в Инженерния факултет на EPFL са си сътрудничили с тези в Австралия, за да създадат изкуствени оптични структури, наречени метаповърхности: 2D решетки, съставени от малки елементи (метаатоми), които могат лесно да настройват своите хирални свойства. Чрез промяна на ориентацията на метаатомите в решетката, учените могат да контролират взаимодействието на получената метаповърхност с поляризираната светлина.
Иновацията, която има потенциални приложения в криптирането на данни, биосензорите и квантовите технологии, е публикувана в Nature Communications.
Невидим, двуслоен воден знак
Метаповърхността на екипа, изработена от германий и калциев дифлорид, представлява градиент от метаатоми с ориентации, които варират непрекъснато по протежение на чипа. Формата и ъглите на тези метаатоми, както и симетрията на решетката, работят заедно, за да настроят реакцията на метаповърхността към поляризирана светлина.
Кредит: Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne
В експеримент за доказателство на концепцията, учените кодират едновременно две различни изображения върху метаповърхност, оптимизирана за невидимия среден инфрачервен диапазон на електромагнитния спектър. За първото изображение на австралийско какаду данните за изображението били кодирани в размера на метаатомите – които представлявали пиксели – и декодирани с неполяризирана светлина. Второто изображение е кодирано с помощта на ориентацията на метаатомите, така че при излагане на кръгово поляризирана светлина, метаповърхността разкривала картина на емблематичния швейцарски Матерхорн.
Този двуслоен "воден знак", невидим за човешкото око, проправяйки пътя за усъвършенствани приложения срещу фалшифициране.
Освен криптирането, подходът на екипа има потенциални приложения за квантови технологии, много от които разчитат на поляризирана светлина за извършване на изчисления. Възможността за картографиране на хирални отговори върху големи повърхности би могла също да рационализира биосензорите.
Подобни хирални метаструктури могат да се използват, за да се разбере например лекарствения състав или чистотата на проби с малък обем. Природата е хирална и способността да се разграничават леви и десни молекули е от съществено значение, тъй като може да направи разликата между лекарство и отрова.
Справка: Sinev, I., Richter, F.U., Toftul, I. et al. Chirality encoding in resonant metasurfaces governed by lattice symmetries. Nat Commun 16, 6091 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-61221-2
Източник: Light reveals secrets encoded in chiral metasurfaces, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари
Прост Човек
Стъклените бутилки съдържат 5 до 50 пъти повече микропластмаси от пластмасовите бутилки
dolivo
Най-старите "човешки" фосили в Япония, се оказаха нечовешки, твърди ново проучване
dolivo
Как „зеленото побутване“ стимулира устойчивите избори на хората
helper68
Натурални суперколайдери: Черните дупки могат да се използват ускорители на частици