Tomografisk måling af dielektriske tensorer

Et forskerhold rapporterede direkte måling af dielektriske tensorer af anisotrope strukturer, herunder de rumlige variationer af de vigtigste brydningsindekser og direktører. Gruppen demonstrerede også kvantitative tomografiske målinger af forskellige nematiske flydende krystalstrukturer og deres hurtige 3D-ikke-ligevægtsdynamik ved hjælp af en 3D-mærkefri tomografisk metode. Metoden blev beskrevet i Naturmaterialer .

Lys-stof-interaktioner er beskrevet af den dielektriske tensor. På trods af deres betydning i grundlæggende videnskab og applikationer, har det ikke været muligt at måle 3D dielektriske tensorer direkte. Den største udfordring skyldtes den vektorielle natur af lysspredning fra en 3D anisotropisk struktur. Tidligere tilgange adresserede kun 3D anisotrop information indirekte og var begrænset til todimensionelle, kvalitative, strenge prøvebetingelser eller antagelser.

Forskerholdet udviklede en metode, der muliggør tomografisk rekonstruktion af 3D dielektriske tensorer uden nogen forberedelse eller forudsætninger. En prøve belyses med en laserstråle med forskellige vinkler og cirkulære polarisationstilstande. Derefter bliver lysfelterne spredt fra en prøve holografisk målt og konverteret til vektorielle diffraktionskomponenter. Endelig rekonstrueres den dielektriske 3D-tensor ved omvendt løsning af en vektorbølgeligning.

Professor YongKeun Park sagde:"Der var et større antal ubekendte i direkte måling end med den konventionelle tilgang. Vi anvendte vores tilgang til at måle yderligere holografiske billeder ved at vippe indfaldsvinklen lidt."

Han sagde, at den let skrå belysning giver en yderligere ortogonal polarisering, som gør, at det underbestemte problem bliver det bestemte problem. "Selvom spredte felter er afhængige af belysningsvinklen, muliggør Fourier-differentieringssætningen ekstraktion af den samme dielektriske tensor til den let skrånende belysning," tilføjede professor Park.

Hans teams metode blev valideret ved at rekonstruere velkendte flydende krystal (LC) strukturer, herunder de snoede nematiske, hybridjusterede nematiske, radiale og bipolære konfigurationer. Desuden demonstrerede forskerholdet de eksperimentelle målinger af ikke-ligevægtsdynamikken ved udslettelse, kernedannelse og sammensmeltning af LC-dråber og LC-polymernetværket med gentagne 3D-topologiske defekter.

"Dette er den første eksperimentelle måling af ikke-ligevægtsdynamik og 3D-topologiske defekter i LC-strukturer på en etiketfri måde. Vores metode gør det muligt at udforske utilgængelige nematiske strukturer og interaktioner i ikke-ligevægtsdynamik," førsteforfatter Dr. Seungwoo Shin forklaret. + Udforsk yderligere

Dynamisk maskinlæring rekonstruerer nøjagtigt volumeninteriører med data med begrænset vinkel