Una muestra anisotrópica 3D se ilumina con luz polarizada (P) y sus imágenes 2D se registran después de pasar por el analizador (A). Esta imagen 2D sensible a la polarización oculta en particular la información axialmente heterogénea de la anisotropía 3D. Las barras rojas representan a los directores. á ñz denota el promedio a lo largo del eje z. b, El presente método visualiza directamente la anisotropía 3D. Al resolver la ecuación de onda vectorial, se reconstruye cuantitativamente la distribución 3D de la anisotropía óptica. no, ne y e denotan el RI ordinario, el RI extraordinario y el tensor dieléctrico. Crédito:Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST)
Un equipo de investigación informó sobre la medición directa de tensores dieléctricos de estructuras anisotrópicas, incluidas las variaciones espaciales de los principales índices y directores de refracción. El grupo también demostró mediciones tomográficas cuantitativas de varias estructuras nemáticas de cristal líquido y su rápida dinámica de desequilibrio 3D utilizando un método tomográfico 3D sin etiquetas. El método fue descrito en Nature Materials .
Las interacciones luz-materia están descritas por el tensor dieléctrico. A pesar de su importancia en ciencia básica y aplicaciones, no ha sido posible medir tensores dieléctricos 3D directamente. El principal desafío se debió a la naturaleza vectorial de la dispersión de la luz a partir de una estructura anisotrópica 3D. Los enfoques anteriores solo abordaban la información anisotrópica 3D indirectamente y se limitaban a suposiciones o condiciones de muestra estrictas, cualitativas y bidimensionales.
El equipo de investigación desarrolló un método que permite la reconstrucción tomográfica de tensores dieléctricos 3D sin preparación ni suposiciones. Una muestra se ilumina con un rayo láser con varios ángulos y estados de polarización circular. Luego, los campos de luz dispersados de una muestra se miden holográficamente y se convierten en componentes de difracción vectorial. Finalmente, al resolver inversamente una ecuación de onda vectorial, se reconstruye el tensor dieléctrico 3D.
El profesor YongKeun Park dijo:"Había una mayor cantidad de incógnitas en la medición directa que con el enfoque convencional. Aplicamos nuestro enfoque para medir imágenes holográficas adicionales al inclinar ligeramente el ángulo de incidencia".
Dijo que la iluminación ligeramente inclinada proporciona una polarización ortogonal adicional, lo que hace que el problema subdeterminado se convierta en el problema determinado. "Aunque los campos dispersos dependen del ángulo de iluminación, el teorema de diferenciación de Fourier permite la extracción del mismo tensor dieléctrico para la iluminación ligeramente inclinada", agregó el profesor Park.
El método de su equipo se validó mediante la reconstrucción de estructuras de cristal líquido (LC) bien conocidas, incluidas las configuraciones nemática retorcida, nemática alineada híbrida, radial y bipolar. Además, el equipo de investigación demostró las mediciones experimentales de la dinámica de no equilibrio de la aniquilación, nucleación y fusión de gotas de LC, y la red de polímeros de LC con defectos topológicos 3D repetitivos.
"Esta es la primera medición experimental de dinámicas de no equilibrio y defectos topológicos 3D en estructuras LC sin etiquetas. Nuestro método permite la exploración de estructuras e interacciones nemáticas inaccesibles en dinámicas de no equilibrio", dijo el primer autor, el Dr. Seungwoo Shin. explicado. El aprendizaje automático dinámico reconstruye con precisión interiores de volumen con datos de ángulo limitado
