Onderzoekers ontwikkelen een nano-antenne die een nabij veld van circulair gepolariseerd licht vormt

Om deze eigenschap aan te tonen, gebruikte de onderzoeksgroep een colloïdale oplossing van nanodeeltjes van kristallijn silicium die ze onafhankelijk ontwikkelden. Figuur 2(a) toont een foto van colloïdale oplossingen van silicium nanodeeltjes van verschillende grootte. Het onderdrukken van de grootteverdeling tot minder dan 5% resulteert in levendige verstrooiingskleuring.

Het team construeerde een opstelling om nauwkeurig de rechts- en linkshandige circulair gepolariseerde componenten van het verstrooide licht te meten wanneer de nanodeeltjes worden bestraald met rechtsom circulair gepolariseerd licht, waardoor het heliciteitsdichtheidsspectrum wordt verkregen. Deeltjes zonder dit “dubbel” resonantie (bijv. gouden nanodeeltjes) vertonen veranderingen in de verstrooide lichtpolarisatie, zoals weergegeven in figuur 2(b), en behouden de invallende lichtheliciteit niet.

De heliciteitsdichtheid is bijna nul in zowel experimenten als berekeningen, zoals getoond in figuur 2(c). In de tussentijd, “dubbel” nanodeeltjes die voldoen aan de Kerker-voorwaarden behouden de verstrooide lichtheliciteit van het invallende circulair gepolariseerde licht (Figuur 2(d)). De colloïdale oplossing van siliciumnanodeeltjes weergegeven in figuur 2(e) zorgt ervoor dat de heliciteitsdichtheid een theoretische waarde van 0,96 en een experimentele waarde van 0,7 bereikt bij een golflengte van ongeveer 680 nm.

Dit resultaat geeft de vorming aan van een circulair gepolariseerd nabij veld op het oppervlak van het nanodeeltje. De onderzoeksgroep heeft soortgelijke metingen uitgevoerd aan siliciumnanodeeltjes met gemiddelde diameters variërend van 114 tot 179 nm en heeft aangetoond dat heliciteitsbehoud van invallend circulair gepolariseerd licht mogelijk is bij golflengten van 550 tot 750 nm.

Nabije velden van circulair gepolariseerd licht versterken de interactie tussen licht en chirale moleculen. Dit effect verbetert het circulaire dichroïsme van chirale moleculen, waardoor zeer gevoelige detectie en analyse mogelijk wordt en de efficiëntie van asymmetrische fotochemische reacties wordt verhoogd, met potentiële toepassingen op farmaceutisch gebied. Bovendien heeft de ontwikkelde oplossing van nanodeeltjes potentieel als een nieuwe vloeistof voor het beheersen van lichtpolarisatie.