Плоская хиральность , также известная как двумерная хиральность, является частным случаем хиральности 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 . Недавние события в последних двух областях связаны с микроволновыми и терагерцовыми приложениями, а также микро- и наноструктурированными планарными интерфейсами для инфракрасного и видимого света .
Этот термин используется в химическом контексте, [2] например, для хиральной молекулы, не имеющей асимметричного атома углерода , но обладающей двумя некопланарными кольцами, каждое из которых является асимметричным и которые не могут легко вращаться вокруг химической связи, соединяющей их: 2,2'-диметилбифенил, возможно, является самым простым примером этого случая. Плоская хиральность также проявляется в молекулах, таких как ( E ) -циклооктен , некоторых ди- или полизамещенных металлоценах и некоторых монозамещенных парациклофанах . Природа редко создает плоские хиральные молекулы, исключением является кавикулярин .
Чтобы назначить конфигурацию плоской хиральной молекулы, начните с выбора атома-пилота, который имеет наивысший приоритет среди атомов, которые не находятся в плоскости, но напрямую присоединены к атому в плоскости. Затем назначьте приоритет трем соседним атомам в плоскости, начиная с атома, присоединенного к атому-пилоту, как приоритет 1, и предпочтительно назначая в порядке наивысшего приоритета, если есть выбор. Затем установите атом-пилот перед тремя рассматриваемыми атомами. Если три атома находятся по часовой стрелке, когда следуют в порядке приоритета, молекула назначается как R; если против часовой стрелки, она назначается как S. [3]
Папакостас и др. в 2003 году наблюдали, что планарная хиральность влияет на поляризацию света, дифрагированного массивами планарных хиральных микроструктур, причем большие изменения поляризации противоположного знака были обнаружены в свете, дифрагированном от планарных структур противоположной направленности. [4]
Изучение планарных хиральных метаматериалов показало, что планарная хиральность также связана с оптическим эффектом в недифрагирующих структурах: направленно асимметричной передачей (отражением и поглощением) волн с круговой поляризацией . Планарные хиральные метаматериалы, которые также являются анизотропными и имеют потери, демонстрируют различные уровни полной передачи (отражения и поглощения) для одной и той же волны с круговой поляризацией, падающей на их переднюю и заднюю части. Явление асимметричной передачи возникает из-за различных, например, слева направо, эффективностей преобразования круговой поляризации для противоположных направлений распространения падающей волны, и поэтому эффект называется дихроизмом круговой конверсии. Подобно тому, как скручивание планарного хирального рисунка кажется обратным для противоположных направлений наблюдения, планарные хиральные метаматериалы имеют взаимозаменяемые свойства для волн с левой и правой круговой поляризацией, падающих на их переднюю и заднюю части. В частности, волны с левой и правой круговой поляризацией испытывают асимметрию противоположного направления передачи (отражения и поглощения). [5] [6]
Ахиральные компоненты могут образовывать хиральное расположение. В этом случае хиральность не является внутренним свойством компонентов, а скорее навязывается извне их относительными положениями и ориентациями. Эта концепция обычно применяется к экспериментальным расположениям, например, ахиральный (мета)материал, освещенный лучом света, где направление освещения делает весь эксперимент отличным от его зеркального отображения. Внешняя планарная хиральность возникает из-за освещения любого периодически структурированного интерфейса для подходящих направлений освещения. Начиная с нормального падения на периодически структурированный интерфейс, внешняя планарная хиральность возникает из-за наклона интерфейса вокруг любой оси, которая не совпадает с линией зеркальной симметрии интерфейса. При наличии потерь внешняя планарная хиральность может привести к круговому конверсионному дихроизму, как описано выше. [7]
Обычные зеркала меняют направление циркулярно поляризованных волн при отражении. Напротив, хиральное зеркало отражает циркулярно поляризованные волны одной направленности без изменения направления [ сомнительно – обсудить ] , при этом поглощая циркулярно поляризованные волны противоположной направленности. Идеальное хиральное зеркало демонстрирует круговой конверсионный дихроизм с идеальной эффективностью. Хиральные зеркала могут быть реализованы путем размещения плоского хирального метаматериала перед обычным зеркалом. [8] Эта концепция была использована в голографии для реализации независимых голограмм для левосторонних и правосторонних циркулярно поляризованных электромагнитных волн. [9] Сообщалось об активных хиральных зеркалах, которые можно переключать между левым и правым, или хиральным зеркалом и обычным зеркалом. [10]