搅乱一池春水的反射光，打破超材料对称性

材料牛注：旋光性（手性）是材料中的一种常见的现象，这种镜像结构如果被打破，会出现什么现象呢？对这个问题的好奇心驱使人们发现了一种新型的光学活性。

南普顿大学研究团队，于Applied Physics Letters发表了他们的研究成果，用反射光打破超材料的对称性将会启用新的程序，这使得材料内的光学活性扩大到了一个前所未有的量级上。这项研究的核心工作是研究具有特殊形态及对称性的超材料。

“天然材料的属性来源于原子、离子或分子的构成。同理，超材料的基本概念是由‘超分子’组装的人工材料，这是人造的基本构建模块，”Eric Plum解释道。（Eric Plum，南安普敦大学光电研究中心和光子材料研究中心讲师）。因超材料会产生在自然状态下不具备的性能，因此成为研究的中心。并且，Plum 解释道，“这为我们提供了一个巨大的技术机会，我们可以根据性能需要来设计材料，而不被现有的天然材料所拘束。这项技术已经展示了很多材料性能和功能的提高与创新。”

研究团队真正感兴趣的是材料的扭曲，或“手性”结构，在许多天然和人工材料的结构中发现，因为他们有反转传输光的偏振状态的能力，该能力被称为光学活性。该特性是广泛应用的基础，甚至应用于太空中生命的检测。

尽管反映在天然材料中光的旋光性是可以忽略的，但研究人员发现，在超材料中并不一样。“我们的超材料表现出巨大的旋光性来反射电磁波，” Plum说，“考虑到我们的人工结构极其薄–比电磁辐射的操作波长还要薄30倍，这一发现非常了不起。”

同样令人惊讶的是，实验所涉及的光学活性物质并不是手性的。“相反，光学活性源于手性实验安排，与光照方向和材料结构的相互取向有关，且缺乏双重旋转对称性”。该小组的发现为“一个全新的用于控制光的偏振探测的轻便设备，如偏振和圆偏振分束器和镜子，以及圆偏振光的光隔离器，”奠定了基础。

从更根本的意义而言，该小组的观察模拟了纵向磁光克尔效应，即在无磁化介质时从磁化面反射的光在反射强度和极性的变化。这对Kerr显微术有很大的影响，因为可能被误认为是磁化。

Plum和同事现在正忙着开发实用的解决方案，使应用程序能动态控制光的光活动，如主动偏振调制等。Plum说：“研究光的活动对天然材料的影响，并探索类似的物理系统中打破对称性的结果将会变得很有趣。”

该研究成果已经发表在Applied Physics Letters

本文参考地址：Breaking metamaterial symmetry with reflected light

感谢材料人编辑部王宇提供素材，于晗编译。