Optisk aktivitet i kirala molekyler har blivit ett hett ämne inom fysik och optik, representerar förmågan att manipulera ljusets polariserade tillstånd. Att förstå hur molekyler roterar planet av planpolariserat ljus har utbredda tillämpningar, från analytisk kemi till biologi och medicin – där det kan, till exempel, användas för att upptäcka mängden socker i ett ämne. En ny studie publicerad i EPJ B av Chengping Yin från Guangdong Provincial Key Laboratory of Quantum Engineering and Quantum Materials, södra Kina, syftar till att härleda en analytisk modell av optisk aktivitet i svart fosfor under ett externt magnetfält.

Yin och hans medförfattare experimenterade med svart fosfor - en termodynamiskt stabil form av fosfor vid rumstemperatur och tryck, syntetiserades första gången 1914 – i en singel, tätt packat lager av atomer eller ett monolager. Forskarna upptäckte att förutom förväntad stark optisk aktivitet, dikroism-transmittansskillnad mellan vänster och höger cirkulärt polariserat ljus - och cirkulär dubbelbrytning, de kunde ställa in de fenomen som skapas genom att ändra det applicerade magnetfältet.

Teamet nådde sina resultat genom att härleda en analytisk metod för att beräkna den optiska aktiviteten i ett monolager av svart fosfor under ett externt magnetfält. De kunde sedan få resultat som visar hur optisk aktivitet kan förändras genom att ändra infallsvinkeln för det infallande ljuset och genom att justera storleken på det applicerade magnetfältet.

Resultaten som diskuteras i artikeln visar optisk aktivitet som överensstämmer med den som tidigare observerats i kirala metamaterial – material konstruerat för att ha en egenskap som inte finns i naturligt förekommande material. Dessutom, de fann att sampolarisationstransmittansen ökade i takt med vinkelfrekvensen. Teamet förklarar anledningen till detta är att konduktiviteten hos monoskiktet svart fosfor minskar med ökande vinkelfrekvens, vilket resulterar i en svagare interaktion med det infallande ljuset.

Forskarna säger att deras fynd kan ha tillämpningar inom polarisationsoptik, stereokemi—studiet av det relativa rumsliga arrangemanget av atomer som bildar strukturen hos molekyler och deras manipulation—och molekylärbiologi.