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南开团队发现人工超构材料手性旋光相变效应
来源: 发稿时间:2020-12-07 15:58

  南开新闻网讯(通讯员 任梦昕)相变是广泛存在于自然界中的一类突变现象,是“量变引起质变”这一哲学规律的典型例证。自然界中多种多样的相互作用产生了丰富的相变现象,比如气-液相变、顺磁-铁磁相变等。相变为人们调控材料性质提供了重要的手段,比如将钢材从奥氏体转变为马氏体,可极大提高其强度与硬度;在高压下可将石墨转变为价格昂贵的钻石。

  近年来,超构材料作为一种新型的人工微纳结构材料,展现出众多天然材料所不具有的、新奇的力、热、光、声、电、磁等特性,迅速成为研究的前沿热点,并已经表现出极大的应用价值。同天然材料一样,超构材料的特性同其原胞的个体特性及其空间序构所决定的相互作用密不可分。但人工超构材料可否像天然材料一样产生相变行为,并实现特性的调控呢? 近期,南开大学物理科学学院任梦昕副教授、许京军教授领导的课题组对这一问题开展了系统研究, 并发现了手性旋光相变效应的存在。

  该团队从手性分子Born-Kuhn理论模型出发,并引入原胞间相互作用,以此来描述手性材料的光学响应。研究发现,当原胞间的相互作用Γ在临界阈值Γc附近发生微小变化时,可使得旋光角产生从45º向90º的相变。为了证实上述理论,该团队进一步在实验上加工了L形手性超构材料,通过改变阵列晶格常数来调节其原胞间的相互作用,并对出射光的偏振态进行实验测量,结果和理论预测完美符合,成功观察到人工超构材料中手性旋光相变效应的存在。该研究结果对新型微纳偏振光学元件的设计,以及高灵敏全光开关的研发提供了新的思路,为开启新型人工相变超构材料及其特性调控的研究奠定了理论与实验基础。

  该研究以“Phase-transition optical activity in chiral metamaterials”为题发表在《Physical Review Letters》上。南开大学博士生谢飞为第一作者,任梦昕副教授和许京军教授为共同通讯作者。相关工作得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目等资助。

  论文链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.237401?utm_source=email&utm_medium=email&utm_campaign=prl-alert

编辑:乔仁铭

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