Ett 3D anisotropiskt prov belyses av polariserat ljus (P), och dess 2D-bilder spelas in efter att ha passerat genom analysatorn (A). Denna 2D-polarisationskänsliga bildbehandling döljer särskilt den axiellt inhomogena informationen om 3D-anisotropi. De röda stängerna föreställer regissörerna. á ñz anger medelvärdet längs z-axeln. b, Föreliggande metod visualiserar direkt 3D-anisotropi. Genom att lösa vektorvågsekvationen rekonstrueras 3D-fördelningen av optisk anisotropi kvantitativt. nej, ne och e betecknar den vanliga RI, den extraordinära RI och den dielektriska tensorn. Kredit:Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)
En forskargrupp rapporterade direkt mätning av dielektriska tensorer av anisotropa strukturer inklusive rumsliga variationer av huvudsakliga brytningsindex och direktörer. Gruppen demonstrerade också kvantitativa tomografiska mätningar av olika nematiska flytande kristallstrukturer och deras snabba 3D-icke-jämviktsdynamik med hjälp av en 3D-etikettfri tomografisk metod. Metoden beskrevs i Naturmaterial .
Ljus-materia-interaktioner beskrivs av den dielektriska tensorn. Trots deras betydelse för grundläggande vetenskap och tillämpningar har det inte varit möjligt att mäta dielektriska 3D-tensorer direkt. Den största utmaningen berodde på den vektoriella naturen hos ljusspridning från en 3D-anisotropisk struktur. Tidigare tillvägagångssätt behandlade endast 3D-anisotropisk information indirekt och var begränsade till tvådimensionella, kvalitativa, strikta provvillkor eller antaganden.
Forskargruppen utvecklade en metod som möjliggör tomografisk rekonstruktion av dielektriska 3D-tensorer utan några förberedelser eller antaganden. Ett prov belyses med en laserstråle med olika vinklar och cirkulärt polarisationstillstånd. Sedan mäts ljusfälten som sprids från ett prov holografiskt och omvandlas till vektoriella diffraktionskomponenter. Slutligen, genom att omvänt lösa en vektoriell vågekvation, rekonstrueras den dielektriska 3D-tensorn.
Professor YongKeun Park sa:"Det fanns ett större antal okända vid direkt mätning än med den konventionella metoden. Vi tillämpade vår metod för att mäta ytterligare holografiska bilder genom att luta infallsvinkeln något."
Han sa att den något lutande belysningen ger en ytterligare ortogonal polarisering, vilket gör att det underbestämda problemet blir det bestämda problemet. "Även om spridda fält är beroende av belysningsvinkeln, möjliggör Fourier-differentieringssatsen extraktion av samma dielektriska tensor för den något lutande belysningen", tillade professor Park.
Hans teams metod validerades genom att rekonstruera välkända flytande kristallstrukturer (LC), inklusive de vridna nematiska, hybridjusterade nematiska, radiella och bipolära konfigurationerna. Dessutom demonstrerade forskargruppen de experimentella mätningarna av icke-jämviktsdynamiken för att förinta, kärnbilda och sammanfoga LC-droppar, och LC-polymernätverket med upprepade 3D-topologiska defekter.
"Detta är den första experimentella mätningen av icke-jämviktsdynamik och 3D-topologiska defekter i LC-strukturer på ett etikettfritt sätt. Vår metod möjliggör utforskning av otillgängliga nematiska strukturer och interaktioner i icke-jämviktsdynamik," första författare Dr Seungwoo Shin förklarade. + Utforska vidare
