Un modelo de científicos de la Universidad de Rice muestra cómo dos esferas cargadas positivamente unidas a resortes son atraídas por el campo eléctrico de luz. Debido al movimiento de las esferas, el sistema de resorte dispersa luz a diferentes energías cuando se irradia con ondas trocoidales en sentido horario y antihorario. Crédito:Link Research Group / Rice University
Un científico puede querer hacer volteretas al hacer un descubrimiento, pero esta vez el descubrimiento en sí se basa en volteretas de carro.
Investigadores de la Universidad de Rice han descubierto detalles sobre un nuevo tipo de interacción luz polarizada-materia con luz que literalmente gira de un extremo a otro a medida que se propaga desde una fuente. Su hallazgo podría ayudar a estudiar moléculas como las de las antenas recolectoras de luz que se prevé que tengan una sensibilidad única al fenómeno.
Los investigadores observaron el efecto que llaman dicroísmo trocoidal en la luz dispersada por dos dispersores dipolo acoplados, en este caso, un par de nanobarras metálicas plasmónicas estrechamente espaciadas, cuando estaban emocionados por la luz de la voltereta lateral.
La polarización de la luz que utilizaron los investigadores es fundamentalmente diferente de la polarización lineal que hace que las gafas de sol funcionen y la luz polarizada circularmente similar a un sacacorchos utilizada en el dicroísmo circular para estudiar la conformación de proteínas y otras moléculas pequeñas.
En lugar de tomar una forma helicoidal, el campo de luz es plano mientras gira, girando en sentido horario o antihorario, alejándose de la fuente como un hula hoop rodante. Este tipo de polarización de la luz, llamada polarización trocoidea, ha sido observado previamente, dijo la estudiante graduada de Rice y autora principal Lauren McCarthy, pero nadie sabía que se podían usar nanopartículas plasmónicas para ver cómo rodaba.
"Ahora sabemos cómo se relacionan las polarizaciones trocoidales con las interacciones existentes entre luz y materia, ", dijo." Hay una diferencia entre comprender la luz y sus propiedades físicas y comprender la influencia de la luz en la materia. La interacción diferencial con la materia, basado en la geometría del material, es la nueva pieza aquí ".
El descubrimiento por el laboratorio de Rice del químico Stephan Link se detalla en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .
Lauren McCarthy, estudiante de posgrado de la Universidad de Rice, dirigió un esfuerzo que descubrió detalles sobre un tipo novedoso de interacción de la materia de luz polarizada con la luz que literalmente gira de un extremo a otro a medida que se propaga desde una fuente. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University
Los investigadores no buscaban específicamente el dicroísmo trocoidal. Estaban generando un campo evanescente en una técnica que desarrollaron para estudiar las nanopartículas de oro quirales para ver cuán confinadas espacialmente, la luz polarizada circularmente para diestros y zurdos interactuaba con la materia. Las interacciones de luz polarizada circularmente que se propagan libremente son clave para varias tecnologías, Incluyendo vidrios 3-D hechos de materiales que discriminan entre polarizaciones de luz opuestas, pero no se entienden tan bien cuando la luz se limita a espacios pequeños en las interfaces.
En lugar de la luz polarizada circularmente utilizada antes, los autores cambiaron la polarización de la luz incidente utilizada para generar un campo evanescente con ondas de voltereta lateral. Los investigadores encontraron que las polarizaciones trocoidales en sentido horario y antihorario interactuaban de manera diferente con pares de nanobarras plasmónicas orientadas a 90 grados entre sí. Específicamente, las longitudes de onda de la luz que dispersaban los pares de nanobarras cambiaron cuando la polarización trocoidal cambió de sentido horario a antihorario, que es una característica del dicroísmo.
"Se han discutido las ondas trocoidales, y diferentes grupos han investigado sus propiedades y aplicaciones, ", Dijo McCarthy." Sin embargo, hasta donde sabemos, nadie ha observado que la geometría de un material puede permitir interacciones diferenciales con ondas trocoidales en sentido contrario a las agujas del reloj ".
Las moléculas interactúan con la luz a través de sus dipolos eléctricos y magnéticos. Los investigadores notaron que las moléculas con dipolos eléctricos y magnéticos que son perpendiculares entre sí, como con las nanopartículas de 90 grados, tienen movimiento de carga que gira en el plano cuando se excita. El dicroísmo trocoidal podría usarse para determinar la dirección de esta rotación, que revelaría la orientación molecular.
Los emocionantes dímeros de nanovarillas de oro autoensamblados también revelaron sutiles efectos de dicroísmo trocoidal, mostrar que el fenómeno no se limita a nanopartículas fabricadas estrictamente dispuestas a 90 grados.
"Habiendo trabajado con luz polarizada interactuando con nanoestructuras plasmónicas durante mucho tiempo, el descubrimiento actual es ciertamente especial en varios sentidos, "Dijo Link." Encontrar una nueva forma de interacción de luz polarizada-materia es emocionante en sí mismo. Igualmente gratificante fue el proceso del descubrimiento, aunque, como Lauren y mi exalumna, Kyle Smith, me empujó a mantenerme al día con sus resultados. Al final, fue un verdadero esfuerzo de equipo por parte de todos los coautores del que estoy muy orgulloso ".
