Under lång tid trodde man att amorfa fasta ämnen inte selektivt absorberar ljus på grund av deras oordnade atomstruktur. En ny uOttawa-studie motbevisar dock denna teori och visar att amorfa fasta ämnen faktiskt uppvisar dikroism, vilket innebär att de selektivt absorberar ljus av olika polarisationer.
Forskare vid University of Ottawa har funnit att användning av spiralformade ljusstrålar i oordnade fasta ämnen avslöjar denna dikroism. Denna upptäckt motsäger tidigare uppfattningar och ger en möjlighet att förändra hur ljus interagerar med dessa material genom att ändra egenskaperna hos själva ljuset.
Dessa fynd understryker också vikten av kort till medelhög ordning inom oordnade fasta ämnen för att påverka hur material reagerar på ljus. Studien, med titeln "Intrinsic dichroism in amorphous and crystalline solids with spiral light", publiceras i Nature Communications .
Ledd av professor Ravi Bhardwaj, som är en forskare vid institutionen för fysik som leder uOttawas forskargrupp för extrema ultrasnabb fotonik, och doktoranderna Ashish Jain och Jean-Luc Begin, genomfördes denna årslånga studie i samarbete med professorerna Thomas Brabec och Paul Corkumat uOttawas Advanced Research Complex (ARC).
"Forskningen utfördes genom att använda spiralformade ljusstrålar som bär orbital vinkelmoment för att undersöka de optiska egenskaperna hos amorfa och kristallina material", förklarar professor Bhardwaj. "Genom att använda en dubbelbrytande flytande kristallplatta, kallad en q-platta, utvecklad av professor Karimis grupp, kunde vi producera designerljusfält med vridna vågfronter som beskriver ett korkskruvsmönster."
Denna forskning har breda implikationer och utmanar nuvarande uppfattningar om de optiska egenskaperna hos amorfa fasta ämnen. Det ger också möjligheter att kontrollera ett material optiska beteende genom att använda spiralformade ljusstrålar. Dessa fynd är viktiga för flera områden, inklusive materialvetenskap, optik och kirotisk spektroskopi.
"Vårt team utvecklade en ny metod för att visa att icke-kristallina fasta ämnen kan uppvisa spiraldikroism, vilket innebär att de reagerar olika på ljus som vrider sig i olika riktningar", säger professor Bhardwaj. "De experimentella bevisen kompletterades av teoretiska modeller utvecklade i samarbete med professor Brabec, som ger en omfattande förståelse av de observerade fenomenen."
"Det spiralformade ljuset fungerade som en indirekt sond av kort till medelstor räckvidd i oordnade fasta ämnen som sträcker sig upp till 2 nm. Vår forskning kommer att hjälpa ansträngningar att förstå den mystiska naturen hos amorfa material", tillägger Ashish Jain och Jean-Luc Börja.
Detta arbete förbättrar avsevärt vår förståelse av de optiska egenskaperna hos material i fast tillstånd. Genom att påvisa förekomsten av inneboende dikroism i både kristallina och amorfa fasta ämnen, banar denna forskning väg för innovativa tillämpningar och ytterligare utforskning av spiralformade ljusstrålars unika kapacitet när det gäller att sondera och manipulera materialegenskaper.
Mer information: Ashish Jain et al, Intrinsic dichroism in amorphous and crystalline solids with spiral light, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-45735-9
Journalinformation: Nature Communications
Tillhandahålls av University of Ottawa
