賴斯大學的研究人員發現了一種與光發生相互作用的新型偏振光物質的機理，當光從光源傳播時，光會從頭到尾顛倒過來。
研究人員在由車輪耦合光激發的兩個耦合偶極子散射體（在這種情況下為一對緊密排列的等離子體金屬納米棒）散射的光中觀察到了所謂的擺線二向色性（trochoidal dichroism）。如圖所示的模型表明，附著在彈簧上的兩個帶正電的球體如何被光電場吸引。由於球體的運動，彈簧系統在順時針和逆時針擺線波輻射時會以不同的能量散射光。
它的光場不是平坦的，而是呈順時針方向或逆時針方向旋轉，就像滾動的呼啦圈一樣遠離光源。賴斯研究生、論文第一作者、勞倫·麥卡錫（Lauren McCarthy）說，以前已經觀察到這種稱為次擺線偏振的光偏振，但是沒有人知道可以使用等離激元納米粒子觀察其滾動。
她說：「現在，我們知道擺線偏振與現有的光-物質相互作用有何關係。」 「理解光及其物理特性與理解光對物質的影響之間是有區別的。基於物質的幾何形狀，與物質的微分相互作用是這裡所從事的新內容。」
研究人員利用研究手性金納米粒子的技術來產生漸逝波場，以觀察空間受限，左旋和右旋圓偏振光如何與物質相互作用。
代替以前使用的圓偏振光，研究人員更改了使用的入射光偏振，以產生帶有車輪波動的漸逝波場。漸逝波（evanescent wave），又稱為消逝波或隱失波，是指當光波從光密介質入射到光疏介質時，發生全反射而光疏介質一側所產生的一種電磁波。
自由傳播的圓偏振光相互作用是多種技術的關鍵，包括3D玻璃，該玻璃由能夠區分相反光偏振的材料製成，但是當光被限制在界面的狹小空間時，人們對此並沒有那麼了解。
研究人員發現，順時針和逆時針的擺線極化與成對的彼此成90度角的等離子體納米棒相互作用不同。具體而言，當擺線偏振從順時針方向變為逆時針方向時，納米棒對散射的光的波長發生變化，這是二色性（dichroism）的特徵。
麥卡錫說：「過去已經研究了擺線波及其性質和應用。」 「但是，沒有人觀察到一種材料的幾何形狀可以實現逆時針擺線與順時針擺線波的微分相互作用。」
分子通過其電和磁偶極子與光相互作用。研究人員指出，與90度納米粒子一樣，具有電偶極和磁偶極彼此垂直的分子的電荷運動在激發時會在平面內旋轉。擺線二色性可以用來確定這種旋轉的方向，這將揭示分子的方向。
令人興奮的自組裝金納米棒二聚體還顯示出微妙的擺線二色性效應，表明該現象不僅限於嚴格製造的90度納米顆粒排布。
該最新研究成果論文，題為：「極化漸逝波顯示擺線二色性」，發表在今天的《美國國家科學院院刊》上。該研究所使用的光偏振與線性偏振和圓二色性用於研究蛋白質和其他小分子構象的圓偏振光完全不同。這一發現可以幫助研究分子，預計對這種現象具有獨特的敏感性。
參考："Evanescent waves with trochoidal polarizations reveal a dichroism," PNAS (2020).