攪亂一池春水的反射光，打破超材料對稱性

材料牛注：旋光性（手性）是材料中的一種常見的現象，這種鏡像結構如果被打破，會出現什么現象呢？對這個問題的好奇心驅使人們發現了一種新型的光學活性。

南普頓大學研究團隊，于Applied Physics Letters發表了他們的研究成果，用反射光打破超材料的對稱性將會啟用新的程序，這使得材料內的光學活性擴大到了一個前所未有的量級上。這項研究的核心工作是研究具有特殊形態及對稱性的超材料。

“天然材料的屬性來源于原子、離子或分子的構成。同理，超材料的基本概念是由‘超分子’組裝的人工材料，這是人造的基本構建模塊，”Eric Plum解釋道。（Eric Plum，南安普敦大學光電研究中心和光子材料研究中心講師）。因超材料會產生在自然狀態下不具備的性能，因此成為研究的中心。并且，Plum 解釋道，“這為我們提供了一個巨大的技術機會，我們可以根據性能需要來設計材料，而不被現有的天然材料所拘束。這項技術已經展示了很多材料性能和功能的提高與創新。”

研究團隊真正感興趣的是材料的扭曲，或“手性”結構，在許多天然和人工材料的結構中發現，因為他們有反轉傳輸光的偏振狀態的能力，該能力被稱為光學活性。該特性是廣泛應用的基礎，甚至應用于太空中生命的檢測。

盡管反映在天然材料中光的旋光性是可以忽略的，但研究人員發現，在超材料中并不一樣。“我們的超材料表現出巨大的旋光性來反射電磁波，” Plum說，“考慮到我們的人工結構極其薄–比電磁輻射的操作波長還要薄30倍，這一發現非常了不起。”

同樣令人驚訝的是，實驗所涉及的光學活性物質并不是手性的。“相反，光學活性源于手性實驗安排，與光照方向和材料結構的相互取向有關，且缺乏雙重旋轉對稱性”。該小組的發現為“一個全新的用于控制光的偏振探測的輕便設備，如偏振和圓偏振分束器和鏡子，以及圓偏振光的光隔離器，”奠定了基礎。

從更根本的意義而言，該小組的觀察模擬了縱向磁光克爾效應，即在無磁化介質時從磁化面反射的光在反射強度和極性的變化。這對Kerr顯微術有很大的影響，因為可能被誤認為是磁化。

Plum和同事現在正忙著開發實用的解決方案，使應用程序能動態控制光的光活動，如主動偏振調制等。Plum說：“研究光的活動對天然材料的影響，并探索類似的物理系統中打破對稱性的結果將會變得很有趣。”

該研究成果已經發表在Applied Physics Letters

本文參考地址：Breaking metamaterial symmetry with reflected light

感謝材料人編輯部王宇提供素材，于晗編譯。