手性超构材料光学相变

相变是广泛存在于自然界中的一类突变现象，是“量变引起质变”这一哲学规律的典型例证。抛开人们关于物质三态变化的早期观察不谈，自19世纪中后叶发现临界乳光与提出非理想气体状态方程以来，对于相变现象的实验与理论研究已有150余年的历史。相变是体系中无序和有序两种状态间斗争的结果。粒子自身的热运动是无序的源头，而粒子间的相互作用促使了有序的产生。当外界某参量发生变化使得体系中的相互作用强度达到可与热运动相比拟的阈值时，物质的宏观特性将发生突变，即发生相变。本项目任梦昕研究小组在研究人工原胞相互作用对手性超构材料旋光特性的影响时，发现了手性旋光相变效应的存在。从手性分子Born-Kuhn理论模型出发，并引入原胞间相互作用，以此来描述手性材料的光学响应。研究发现，当原胞间的相互作用Γ在临界阈值Γc附近发生微小变化时，可使得旋光角产生从45º向90º的相变。为了证实上述理论，进一步在实验上加工了L形手性超构材料，通过改变阵列晶格常数来调节其原胞间的相互作用，并对出射光的偏振态进行实验测量，结果和理论预测完美符合，成功观察到人工超构材料中手性旋光相变效应的存在。该研究结果对新型微纳偏振光学元件的设计，以及高灵敏全光开关的研发提供了新的思路，为开启新型人工相变超构材料及其特性调控的研究奠定了理论与实验基础。数据量158.68MB。