Плоская хиральность , также известная как 2D-хиральность, является особым случаем киральности для двух измерений .
По сути, планарная хиральность — это математический термин, находящий применение в химии , физике и смежных физических науках, например, в астрономии , оптике и метаматериалах . В последних двух областях преобладают микроволновые и терагерцевые приложения, а также микро- и наноструктурированные плоские интерфейсы для инфракрасного и видимого света .
Этот термин используется в контексте химии , [2] например, для хиральной молекулы , лишенной асимметричного атома углерода , но имеющей два некомпланарных кольца , каждое из которых асимметрично и которые не могут легко вращаться вокруг соединяющей их химической связи : 2,2' -диметилбифенил, пожалуй, самый простой пример этого случая. Плоскую хиральность также проявляют такие молекулы, как ( E ) -циклооктен , некоторые ди- или полизамещенные металлоцены и некоторые монозамещенные парациклофаны . Природа редко предоставляет плоские хиральные молекулы, исключение составляет кавикулярин .
Чтобы задать конфигурацию планарной хиральной молекулы, начните с выбора пилотного атома, который имеет наивысший приоритет из атомов, не находящихся в плоскости, но непосредственно присоединенных к атому в плоскости. Затем назначьте приоритет трех соседних атомов в плоскости, начиная с атома, прикрепленного к пилотному атому, как приоритет 1, и предпочтительно назначая его в порядке наивысшего приоритета, если есть выбор. Затем установите пилотный атом перед тремя рассматриваемыми атомами. Если три атома расположены по часовой стрелке, если следовать в порядке приоритета, молекуле присваивается номер R; при движении против часовой стрелки ему присваивается значение S. [3]
Папакостас и др. в 2003 году заметил, что планарная хиральность влияет на поляризацию света, дифрагированного массивами плоских хиральных микроструктур, при этом большие изменения поляризации противоположного знака были обнаружены в свете, дифрагированном от плоских структур противоположной направленности. [4]
Исследование планарных киральных метаматериалов показало, что планарная хиральность связана и с оптическим эффектом в недифрагирующих структурах: направленно-асимметричным пропусканием (отражением и поглощением) циркулярно поляризованных волн. Плоские киральные метаматериалы, которые также являются анизотропными и с потерями, демонстрируют разные уровни полного пропускания (отражения и поглощения) для одной и той же волны с круговой поляризацией, падающей на них спереди и сзади. Явление асимметричной передачи возникает из-за различной эффективности преобразования круговой поляризации, например, слева направо, для противоположных направлений распространения падающей волны, и поэтому этот эффект называется дихроизмом кругового преобразования. Подобно тому, как поворот плоского кирального паттерна кажется обратным для противоположных направлений наблюдения, плоские киральные метаматериалы обладают взаимозаменяемыми свойствами для левосторонних и правосторонних волн с круговой поляризацией, которые падают на них спереди и сзади. В частности, левосторонние и правосторонние волны с круговой поляризацией испытывают асимметрию передачи в противоположных направлениях (отражение и поглощение). [5] [6]
Ахиральные компоненты могут образовывать хиральную структуру. В этом случае хиральность не является внутренним свойством компонентов, а скорее навязывается извне их относительным положением и ориентацией. Эта концепция обычно применяется к экспериментальным установкам, например, к ахиральному (мета)материалу, освещаемому лучом света, где направление освещения делает весь эксперимент отличным от его зеркального отображения. Внешняя планарная хиральность возникает в результате освещения любого периодически структурированного интерфейса подходящим направлением освещения. Начиная с нормального падения на периодически структурированный интерфейс, внешняя планарная хиральность возникает в результате наклона интерфейса вокруг любой оси, не совпадающей с линией зеркальной симметрии интерфейса. При наличии потерь внешняя планарная хиральность может привести к круговому конверсионному дихроизму, как описано выше. [7]
Обычные зеркала меняют направленность волн с круговой поляризацией при отражении. Напротив, киральное зеркало отражает циркулярно поляризованные волны одной направленности без изменения направленности [ сомнительно ] , поглощая при этом циркулярно поляризованные волны противоположной направленности. Идеальное киральное зеркало демонстрирует круговой дихроизм преобразования с идеальной эффективностью. Хиральные зеркала можно реализовать, поместив плоский киральный метаматериал перед обычным зеркалом. [8] Эта концепция была использована в голографии для создания независимых голограмм для левосторонних и правосторонних электромагнитных волн с круговой поляризацией. [9] Сообщалось об активных киральных зеркалах, которые можно переключать между левым и правым, или киральном зеркале и обычном зеркале. [10]