偏振光相互作用：车轮光揭示了新的光学现象

赖斯大学的研究发现了新型的偏振光-物质相互作用。

科学家可能希望在做出发现后就做出决定，但是这次发现本身依赖于做出决定。

赖斯大学的研究人员发现了一种与光发生相互作用的新型偏振光物质的细节，当光从光源传播时，光会从头到尾翻转。他们的发现可以帮助研究分子，例如光收集天线中的那些分子，这些分子预计对这种现象具有独特的敏感性。

研究人员在两个车轮被偶合子偶极散射体散射时，被车轮耦合光激发，观察到了所谓的摆线二向色性效应。在这种情况下，偶极散射体是一对紧密排列的等离激元金属纳米棒。

研究人员使用的光偏振从根本上不同于使太阳镜工作的线性偏振和圆二色性中用于研究蛋白质和其他小分子构象的螺旋状圆偏振光。

赖斯大学科学家的模型表明，附着在弹簧上的两个带正电的球体如何被光电场吸引。由于球体的运动，弹簧系统在被顺时针和逆时针摆线波辐射时会以不同的能量散射光。

它的光场不是滚动的，而是呈顺时针方向或逆时针方向旋转，它像摇曳的呼啦圈一样远离光源，而不是呈螺旋形。赖斯研究生和第一作者劳伦·麦卡锡（Lauren McCarthy）说，以前已经观察到这种称为次摆线偏振的光偏振，但是没人知道等离子纳米粒子可以用来观察它如何滚动。

她说：“现在我们知道摆线偏振与现有的光-物质相互作用有何关系。”“理解光及其物理特性与理解光对物质的影响之间存在差异。根据材料的几何形状，与物质的微分相互作用是这里的新事物。”

赖斯实验室对化学家斯蒂芬·林克（Stephan Link）的发现在《美国国家科学院院刊》上有详细介绍。

研究人员并没有专门针对摆线二向色性。他们利用研究手性金纳米粒子的技术来产生e逝场，以观察空间受限，左手和右手的圆偏振光如何与物质相互作用。自由传播的圆偏振光相互作用是多种技术的关键，包括3D玻璃，这种3D玻璃由能够区分相反光偏振的材料制成，但是当光被限制在界面的狭小空间时，人们对此的理解却不那么清楚。

赖斯大学的研究生劳伦·麦卡锡（Lauren McCarthy）进行了一项研究，发现了一种新型的偏振光与光相互作用的细节，当光从光源传播时，这种相互作用实际上是颠倒过来的。

代替以前使用的圆偏振光，作者更改了使用的入射光偏振，以产生带有车轮波动的van逝场。研究人员发现，顺时针和逆时针的摆线极化与成对的彼此呈90°取向的等离激元纳米棒相互作用不同。具体地，当摆线偏振从顺时针方向改变为逆时针方向时，纳米棒对散射的光的波长改变，这是二向色性的特征。

麦卡锡说：“已经讨论了Trochoidal波，并且不同的小组已经探究了它们的性质和应用。”“不过，据我们所知，没有人观察到材料的几何形状可以实现逆时针摆线与顺时针摆线波的微分相互作用。”

分子通过其电和磁偶极子与光相互作用。研究人员指出，与90度纳米粒子一样，具有电偶极和磁偶极彼此垂直的分子的电荷运动在激发时会在平面内旋转。摆线二色性可以用来确定这种旋转的方向，这将揭示分子的方向。

令人兴奋的自组装金纳米棒二聚体还显示出微妙的摆线二色性效应，表明该现象不仅限于严格制造的90度纳米颗粒。

链接说：“偏振光与等离子体纳米结构相互作用已经很长时间了，目前的发现在几个方面肯定是很特别的。”“寻找一种新的偏振光物质相互作用形式本身就是令人兴奋的。同样令人欣慰的是发现的过程，因为Lauren和我的前学生Kyle Smith促使我跟上他们的结果。最后，所有合作者都是真正的团队合作，对此我感到非常自豪。”

参考：劳伦·麦卡锡（Lauren A.美国国家科学院
10.1073 / pnas.2004169117

该论文的共同作者是研究生Seyyed Ali Hosseini Jebeli，校友Smith和Xiang Lan。博士后研究员Luca Bursi； Rice的德州仪器（TI）助理研究员Alessandro Alabastri；张卫雄，马萨诸塞州大学达特茅斯分校的化学和生物化学助理教授，彼得·诺兰德（Peter Nordlander），威斯物理与天文学系主任，电气和计算机工程学教授，莱斯大学的材料科学与纳米工程学教授。Link是化学以及电气和计算机工程教授。

罗伯特·A·韦尔奇基金会和美国国家科学基金会为这项研究提供了支持。