扭曲之光揭示的隐藏图像
想象一下，试图在右手上戴上左手手套：它不合适，因为左手和右手是镜像，不能相互叠加。 这种“惯用手”就是科学家所说的手性，它在生物学、化学和材料科学中起着基础性作用。 大多数 DNA 分子和糖是右旋的，而大多数氨基酸是左旋的。 逆转分子的惯用性会使营养素变得无用或药物失去活性，甚至有害。 灯也可以是左撇子或右撇子。 当光束呈圆极化时，其电场开瓶器以左旋或右旋螺旋穿过空间。 由于手性结构与这两种类型的扭曲光束的相互作用不同，因此将圆偏振光照射在样品上，并比较每次扭曲被吸收、反射或延迟的程度，可以让科学家读出样品自己的惯用手。 但是，这种效果极弱，这使得手性的精确控制是一项重要但具有挑战性的任务。 现在，洛桑联邦理工学院生物纳米光子系统实验室的科学家与澳大利亚的科学家合作，创建了称为超表面的人造光学结构：由微小元素（超原子）组成的二维晶格，可以轻松调整其手性特性。 通过改变晶格内超原子的方向，科学家可以控制由此产生的超表面与偏振的相互作用光。 “我们的'手性设计工具包'非常简单，但比以前的方法更强大，以前的方法试图通过非常复杂的超原子几何形状来控制光。 相反，我们利用了超原子形状和超表面晶格对称性之间的相互作用，“生物纳米光子学实验室负责人 Hatice Altug 解释道。 的这项创新在数据加密、生物传感和量子技术方面具有潜在应用，已发表在《自然》杂志上通信。 一种不可见的双层水印 该团队的超表面由锗和二氟化钙制成，呈现出超原子的梯度，其方向沿芯片连续变化。 这些超原子的形状和角度，以及晶格对称性，共同调节超表面对偏振光的响应。 在一项概念验证实验中，科学家们在超表面上同时编码了两个不同的图像，并优化了电磁波谱的不可见中红外范围。 对于澳大利亚凤头鹦鹉的第一张图像，图像数据以元原子（代表像素）的大小进行编码，并用非偏振光解码。 第二张图像是使用超原子的方向进行编码的，因此，当暴露在圆偏振光下时，超表面会显示出标志性的瑞士马特洪峰的图片。 “这个实验展示了我们的技术产生双人眼看不见的'水印'层，为先进的防伪、伪装和安全应用铺平了道路，“生物纳米光子学系统实验室研究员 Ivan Sinev 说。 除了加密之外，该团队的方法还具有量子技术的潜在应用，其中许多技术依赖于偏振光来执行计算。 在大表面上绘制手性响应的能力也可以简化生物传感。 “我们可以使用像我们这样的手性超结构来例如，从小体积样品中感知药物成分或纯度。 自然界是手性的，区分左手和右手分子的能力至关重要，因为它可以区分药物和毒素，“生物纳米光子系统实验室研究员 Felix Richter 说。