Elektromagnetisk chiralitet:Fra grundlæggende til utraditionelle kirotiske fænomener

Teoretiske rammer for chiroptiske egenskaber af elektromagnetiske materialer og felter gennemgås. Baseret på disse grundlæggende principper, chiroptiske systemer kan forstås, og komplicerede chiroptiske fænomener kan beskrives.

Nylige fremskridt inden for kunstige nanomaterialer og strukturerede optiske felter har udvidet begrebet chiroptiske fænomener. Imidlertid, chiroptiske fænomener stammer fra komplicerede processer, der involverer overgange mellem stater med modsatte pariteter, så det grundlæggende i kirotiske processer er nødvendige for solid fortolkning af fænomenerne. Her, teoretiske rammer for elektromagnetiske materialers chiroptiske egenskaber diskuteres i sammenhæng med mikroskopiske (diskrete kirotiske scatterers) og makroskopiske (kontinuerlige kirotiske medier) systemer.

Et 'kiralt objekt' refererer til et tredimensionelt objekt, der ikke kan overlejres på sit spejlbillede ved kun at bruge translationer og rotationer. Sådanne chirale objekter interagerer forskelligt med venstre- og højre-cirkulært polariseret lys, og absorptionsforskel ved disse to cirkulære polarisationer (cirkulær dikroisme) er blevet brugt i vid udstrækning til at karakterisere chiroptiske egenskaber af de chirale objekter. Imidlertid, (geometrisk) chiralitet er en kvalitativ egenskab; det er, vi siger ikke, at ens hånd er mere chiral end en andens hånd. På den anden side, observerede kirotiske effekter er målbare størrelser. Ved at introducere kirotiske parametre, de chiroptiske effekter kan beskrives og graden af ​​elektromagnetisk chiralitet kan defineres og kvantificeres.

Derudover chiroptiske egenskaber ved elektromagnetiske felter diskuteres i sammenhæng med lokal tæthed af feltkiralitet og dens flux, som er blevet defineret som den optiske chiralitet og optiske helicitet. Også, spiralformede stråler med iboende orbital vinkelmomentum diskuteres som en anden klasse af chiralt lys.

Generelt sagt, et chiralt fænomen involverer to chirale objekter, hvor et chiralt objekt interagerer forskelligt med et andet chiralt objekt og dets enantiomer (spejlbillede). I kirotiske fænomener, et af de chirale objekter er selve lyset. Ved at erkende, at lys også kan være chiralt, graden af ​​kiralitet af feltet kan også kvantificeres.

Flere kirotiske fænomener diskuteres inden for rammerne af at bruge de identiske kirotiske parametre for felterne og materialerne. Denne tilgang giver en klar forståelse af adskillige chiroptiske fænomener, herunder indre og ydre chiralitet, enantioselektiv spredning, molekylær sansning, og optomekaniske effekter. Dette gennemgangspapir vil være nyttigt til at forstå komplicerede kirotiske fænomener og til at designe og optimere kirotiske systemer og felter med veldefinerede værdier.