南開團隊發現人工超構材料手性旋光相變效應

2020-12-09 二三裡資訊天津

津雲新聞訊：相變是廣泛存在於自然界中的一類突變現象，是「量變引起質變」這一哲學規律的典型例證。自然界中多種多樣的相互作用產生了豐富的相變現象，比如氣-液相變、順磁-鐵磁相變等。相變為人們調控材料性質提供了重要的手段，比如將鋼材從奧氏體轉變為馬氏體，可極大提高其強度與硬度；在高壓下可將石墨轉變為價格昂貴的鑽石。

近年來，超構材料作為一種新型的人工微納結構材料，展現出眾多天然材料所不具有的、新奇的力、熱、光、聲、電、磁等特性，迅速成為研究的前沿熱點，並已經表現出極大的應用價值。同天然材料一樣，超構材料的特性同其原胞的個體特性及其空間序構所決定的相互作用密不可分。但人工超構材料可否像天然材料一樣產生相變行為，並實現特性的調控呢？近期，南開大學物理科學學院任夢昕副教授、許京軍教授領導的課題組對這一問題開展了系統研究，並發現了手性旋光相變效應的存在。

該團隊從手性分子Born-Kuhn理論模型出發，並引入原胞間相互作用，以此來描述手性材料的光學響應。研究發現，當原胞間的相互作用Γ在臨界閾值Γc附近發生微小變化時，可使得旋光角產生從45º向90º的相變。為了證實上述理論，該團隊進一步在實驗上加工了L形手性超構材料，通過改變陣列晶格常數來調節其原胞間的相互作用，並對出射光的偏振態進行實驗測量，結果和理論預測完美符合，成功觀察到人工超構材料中手性旋光相變效應的存在。該研究結果對新型微納偏振光學元件的設計，以及高靈敏全光開關的研發提供了新的思路，為開啟新型人工相變超構材料及其特性調控的研究奠定了理論與實驗基礎。

該研究以「Phase-transitionopticalactivityinchiralmetamaterials」為題發表在《PhysicalReviewLetters》上。南開大學博士生謝飛為第一作者，任夢昕副教授和許京軍教授為共同通訊作者。相關工作得到了國家重點研發計劃項目、國家自然科學基金項目等資助。（津雲新聞記者段瑋天津日報記者姜凝）

來源：津雲

聲明：本文已註明轉載出處，如有侵權請聯繫我們刪除！聯繫郵箱：news@ersanli.cn

相關焦點

  • 南開研究團隊發現拉比振蕩手性效應
    拉比振蕩最早在核磁共振中發現，是核磁共振光譜法和核磁共振成像技術的基礎。廣義地，它被定義為外場驅動下的一種周期性振蕩現象，廣泛應用於量子計算、量子光學和凝聚態物理等領域。考慮到拉比振蕩中磁場或類磁場作用引起的時間反演對稱破缺，手性應暗含在該動力學過程中。然而迄今為止，手性現象一直未被發現。
  • 復旦大學團隊實現手性光控制的高效光學近場調控
    基於該新機制，團隊之後進一步設計出透射式超構表面實現了高效率表面波耦合器，有效的克服了以往耦合器存在的反射損耗和解耦損耗等問題，理想模型的效率為94%，實驗效率超過70%[見Light: Science & Applications 5, e16003 (2016)]。雖然這些超構表面耦合器解決了表面波的高效耦合問題，然而它們並未能實現對表面波波前分布的調控效應。
  • 電磁手性:從基本原理到手性光學
    圖1 手性和非手性物體圖源：Khan Academy幾何手性是定性的二元性質。相反，手性光學的影響是可以定量測量的，一些通常測量的手性光學現象包括：旋光色散（ORD）、圓二色性（CD）、左旋圓偏振（LCP）和右旋圓偏振（RCP）的吸收差異。
  • 重大發現!南京大學科研團隊實現高階光學量子自旋霍爾效應
    高校科技進展獲悉，日前，南京大學陳延峰教授團隊、王振林教授團隊合作，首次理論提出並實驗證實了高階量子自旋霍爾效應，這是高階光子拓撲絕緣體方面取得的又一重大突破性研究成果。1879年，美國物理學家霍爾在研究金屬導電機制時發現了霍爾效應。
  • 重大發現！南京大學科研團隊實現高階光學量子自旋霍爾效應
    高校科技進展獲悉，日前，南京大學陳延峰教授團隊、王振林教授團隊合作，首次理論提出並實驗證實了高階量子自旋霍爾效應，這是高階光子拓撲絕緣體方面取得的又一重大突破性研究成果。100年後，德國物理學家克利青等在研究極低溫度和強磁場中的半導體時發現了量子霍爾效應，美籍華裔物理學家崔琦和美國物理學家勞克林、施特默在更強磁場下研究量子霍爾效應時發現了分數量子霍爾效應。幾位物理學家，因在霍爾效應方面取得的重大發現，紛紛獲得了諾貝爾物理學獎。
  • 南昌大學:發現最高相變溫度的對映體鐵電體!
    近日，南昌大學國際有序物質科學研究院艾勇教授、廖偉強教授等在「託氟效應」設計分子鐵電體方面取得新進展，發現了一對目前為止具有最高相變溫度的對映體鐵電體。論文連結：https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2020/CC/D0CC02547J利用「託氟效應」能夠提高相變點並引入手性的優勢，成功得到超高相變溫度有機對映體鐵電體：（R）-和（S）-(N,N-dimethyl
  • 創世紀:鏡頭革命,從超構表面到超構透鏡
    2011年 | 超構表面引領超材料研究新徵程2011年Capasso研究團隊首次開創了一個全新的二維超構材料metamaterials——超構表面方向。超構材料是一類具有改變光等電磁波傳播性質而傳統材料無法實現的特殊性質的人造材料。
  • 從超構表面到超構透鏡
    超構材料是一類具有改變光等電磁波傳播性質而傳統材料無法實現的特殊性質的人造材料。以往關於超構材料的研究均專注於三維超構材料的研究，然而三維超構材料結構複雜、只調控體參數的缺點在後續研究中越發暴露不能適應現有工藝相結合的功能應用。
  • 極端光學研究團隊實現常溫下對谷極化發光的高效調控
    近日，北京大學物理學院、納光電子前沿科學中心、人工微結構和介觀物理國家重點實驗室「極端光學團隊」呂國偉研究員和龔旗煌院士等在二維材料谷極化發光研究中取得重要進展。研究團隊利用掃描探針操控納米顆粒組裝成超小型手性光學天線，實現在常溫下對單層二硫化鉬谷極化發光偏振度與輻射方向的高效調製。
  • 科學家發現手性晶體表現出奇異的量子效應
    在2018年10月的 一篇文章中，Hasan的團隊提出了一種理論，該理論彌合了晶體的物理手性與電子在這些晶體中的表現之間的差距，無論是量子力學的還是根據拓撲學的數學定律。研究人員驚訝地發現，所有非磁性手性晶體都具有通用的拓撲量子特性：它們的所有電子結構都具有由Weyl方程控制的帶接觸點，這是一個量子運動方程。
  • 靈活調控紅外光譜的相變超構表面
    一個由俄羅斯ITMO大學和埃克塞特大學的工作人員組成的國際研究團隊提出了一種新型超構材料，該材料能夠在沒有任何機械輸入的情況下改變其光學特性。這種發展可能導致複雜光學設備的可靠性得到顯著提高，同時使它們的製造更便宜。該研究以封面文章的形式發表在期刊Optica上。
  • 南開大學在非線性拓撲光子學領域取得重要進展
    晶格，實驗和理論上研究了光與拓撲光學微結構的非線性相互作用，發現了非線性導致的體態模式向拓撲界面態模式的耦合，並構建出了普適的非線性模式耦合的理論框架。拓撲是為了理解量子霍爾效應等基本物理現象而引入的數學概念，成功地解釋了量子霍爾效應，並促進了拓撲絕緣體的發展。當兩種具有不同拓撲不變量的結構拼接在一起時，由於體-邊界的對應原理，會在兩種結構的交界面產生具有魯棒特性單向傳輸的界面態。由於拓撲概念可用來描述能帶結構的性質，這種體-邊界對應關係普遍存在於量子和經典波動系統周期結構中。
  • 南開大學團隊人工血管支架研究獲進展
    南開新聞網訊(記者吳軍輝 通訊員 張博)人工血管支架現已廣泛應用於血管重建等重大外科手術之中。但常用材料——聚己內酯(polycaprolactam,簡稱PCL)製備的人工血管支架卻因其生物惰性高、細胞生長慢而極大影響了臨床效果。
  • 南科大黃明遠、黃麗課題組發表二維磁性材料磁光拉曼效應研究成果
    、具有旋光特性的螢光以及磁光拉曼效應等新穎的磁光現象。近期，黃明遠課題組在二維磁性材料CrI3的中發現磁光拉曼效應，證明磁長程序對其光學聲子的拉曼散射有很大的影響。但磁光拉曼效應的微觀機制與物理本質仍需要進一步探索。
  • 南開大學團隊攻克鈮酸鋰納米尺度加工難題
    經過五年持續攻關，南開大學弱光非線性光子學教育部重點實驗室許京軍教授、任夢昕副教授團隊成功實現了鈮酸鋰納米結構的加工。4月8日，介紹該工作的論文在線發表於國際光學領域權威期刊《雷射與光子學評論》。　　早在30年前，人們就試圖製造高質量、小型化的鈮酸鋰器件，希望以此製造出高集成度的光電晶片，以實現超高速、大容量的光電信息轉換、傳輸與處理。
  • 南開大學在聲學人工微結構前沿物理研究領域取得重要進展
    南開新聞網訊(通訊員 佟天驕 記者 喬仁銘)近日，南開大學物理科學學院陳樹琪教授、田建國教授帶領的課題組在物理學頂級期刊《Physical Review Letters》上發表了重要原創性論文成果《Experimental Realization of Type-II Weyl Points
  • 新型「分手」利器可高效分離手性分子
    南開大學藥物化學生物學國家重點實驗室、藥學院陳瑤研究員課題組與南開大學化學學院張振傑教授、美國南佛羅利達大學馬勝前教授合作利用生物分子誘導的策略設計合成了一類手性共價有機框架材料並成功地應用於多種藥物、胺基酸等小分子的手性分離。該材料具有造價低、效率高、普適性強等特點，具有完全自主智慧財產權，作為新型「分手」利器，它將大幅降低手性藥物的生產成本。
  • 手性化合物絕對構型的確定方法
    手性分子絕對構型的確定是一個極其重要且長期存在的問題。目前確定手性分子絕對構型的方法主要有四類：(1) 有機化學法；(2) 核磁共振法；(3) X射線衍射法；(4) 光譜法，如旋光光譜法、圓二色譜、振動圓二色譜等。1. 有機化學法有機合成是最早的確定分子手性的方法，主要為化學相關法。
  • 在外爾半金屬中發現,手性零聲效應!
    外爾半金屬中發現手性零聲效應！中國香港科技大學兩名研究人員發現，手性零聲(CZS)效應可以在外爾（Weyl）半金屬中產生。在發表於《物理評論快報》的研究論文中，宋志達(Zhida Song)和戴西(Xi Dai)描述了他們用微元半金屬進行的實驗，以及發現。
  • 歷時20年,發現手性螺環催化劑,將手性分子的合成效率提至新高度...
    新華網北京1月10日電 題:歷時20年，發現手性螺環催化劑，將手性分子的合成效率提至新高度——訪2019年度國家自然科學獎一等獎獲得者周其林　新華網 趙秋玥手性螺環催化劑是新世紀不對稱催化領域最重要的發現，已被廣泛應用於不對稱合成反應，成為合成手性分子的重要工具。