Polarizasyon şifrelemesine, spiral nanohole veri depolamaya dayalı üç boyutlu Janus plazma
Sarmal plazmonik nano yapılar, doğal fotokiraliteleri nedeniyle malzeme bilimi ve kimya alanlarında yaygın ilgi görmüştür. Yeni bir araştırma raporunda, Yang Chen ve Amerika Birleşik Devletleri Mekanik ve Havacılık Mühendisliği Bölümünden bir araştırma ekibi, benzersiz bir üç boyutlu Janus (iki veya daha fazla yüzey özelliğine sahip nanopartikül) plazma spiral deliği (spiral delik) geliştirdi. Yön kontrol polarizasyon hassasiyeti ile. Spiral yapı, tek adımlı gri ölçekli odaklanmış iyon demeti frezeleme teknolojisi (FIB) ile tasarlanmıştır. Janus öğesi yüzeyini kodlamak için belirli dönme açılarına sahip iki nano-açıklık enantiomeri (birbirlerinin sol ve sağ ayna görüntüleri) kullanılır.
Yön kontrollü polarizasyon veri şifrelemesinin ilk gösterimi Bu çalışmada tasarlanan örnekler, diğer polarize ışık türlerini bloke ederken belirli polarize ışık türlerini seçici olarak iletebilir. Bu polarizasyon hassasiyeti, gelen ışığın yönüne bağlıdır; örneğin, belirli bir yöndeki ışık, dizinin ikili bir görüntü oluşturmasına neden olurken, ters yöndeki ışık gri tonlamalı bir görüntü oluşturacaktır.
(Daire kartı buraya eklendi, lütfen görüntülemek için Toutiao istemcisine gidin)Araştırmacılar, önerilen Janus sarmal nano açıklığını, yerleşik fotonik cihazların polarizasyon kontrolünden, gelişmiş izomer algılamasından, veri şifreleme ve şifre çözme ve optik bilgi işlemeden çeşitli uygulamalara uygulamayı tasarlıyorlar.
Yeni araştırma sonuçları "Light: Science and Application" dergisinde yayınlandı. Kiralite orijinal olarak Lord Kelvin tarafından tanımlanmış ve ayna görüntüsü kendisiyle örtüşmeyen herhangi bir geometrik figürü tanımlamak için kullanılmıştır. Amino asitler ve nükleotidler gibi küçük biyolojik moleküllerden proteinler ve nükleik asitler gibi büyük moleküllere ve hatta ellerimiz ve ayaklarımıza kadar bu özellik biyolojik nesnelerde her yerde bulunur. Enantiyomerler olarak adlandırılan bir molekülün sol ve sağ el versiyonları benzer kimyasal ve fiziksel özelliklere sahip olsalar da, farklı uygulama alanlarında tamamen farklı biyolojik işlevleri yerine getirebilirler. Dairesel dikroizm (CD) spektroskopisi genellikle iki enantiyomerin optik rotasyonunu analiz etmek için kullanılır, ancak optik rotasyon etkisi doğal malzemelerde çok zayıftır.
Bu zorluğun üstesinden gelmek için, bilim adamları daha önce kiral moleküllerin CD sinyalini önemli ölçüde iyileştirmek için kiral plazmonik yapılar geliştirdiler. Bu amaca ek olarak, bu yapının minyatür polarizörler, doğrusal olmayan optikler ve spin kontrol optiği gibi başka uygulamaları da vardır. Dairesel polarize ışığın (CPL) elektrik alan vektörü, spiral bir iz boyunca hareket edebilir, bu nedenle spiral plazma nano yapısı büyük önem taşır. Bu nedenle, sarmal nano yapının elle tutulması, cpl'nin elle tutulmasıyla eşleştiğinde, güçlü ışık-madde etkileşimleri meydana gelecektir. Bununla birlikte, bu tür spiral nano yapıları pratikte imal etmek çok zordur.
Malzeme bilimcileri daha önce iki fotonlu doğrudan lazer yazısını ve ardından üç boyutlu bir plazma spirali oluşturmak için bir elektrokaplama adımını kullandılar.Görünür ışık ve yakın kızılötesi spektroskopide uygulandığında, mikroskobik ölçekte uzamsal çözünürlük sınırlamaları vardır. Benzer şekilde, odaklanmış elektron / iyon ışını kaynaklı biriktirme, spiral yapıyı nanoyapılara genişletebilir, ancak bu yöntem seri üretim hızından yoksundur. Bu nedenle, büyük CD sinyalleri ile uygun ve hızlı bir şekilde plazmonik sarmal nanoyapıları hazırlamak için, şu anda yüksek çözünürlüklü hizalamalı litografi ekipmanı ve ince işlem gereklidir. Bu çalışmada, üç boyutlu Janus plazma spiral nano-açıklığı, optik kalınlığa sahip monolitik bir altın film üzerine oyulmuştur.Filmin, uçtan uca bağlanan ark delikleri ve ark gradyan olukları vardır.
Gradyan oluğunun derinliğini saat yönünde veya saat yönünün tersine artırmaya bağlı olarak, kiral spiral nanogözenek, birbirlerinin ayna görüntüleri olan iki enantiyomer "A" ve "B" formunda bulunur. Bilim adamları, odaklanmış iyon demeti öğütme işleminde yüksek doz Ga + iyonları kullandılar ve iyon demetinin odağı ve astigmatizmasına ince ayar yaparak tatmin edici bir homojenliğe sahip üç boyutlu bir spiral nanohole dizisi oluşturdular. Daha sonra deneysel cihazda, dairesel polarize ışık (CPL) altın yüzeyde ışınlandığında ve silikon substrattan iletildiğinde, pozitif yönde üç boyutlu plazma spiral nanogözeneklerin özellikleri incelenir.
COMSOL Multiphysics tarafından gerçekleştirilen sayısal simülasyon, deneysel sonuçlarla iyi bir uyum içindedir. Bilim adamları, istenen optik kiraliteyi elde etmek için üç boyutlu spiral nano diyaframı bir dizi kademeli yay dalga kılavuzu segmenti olarak modelledi. Deneysel cihazda, dairesel polarize ışığın elle tutulması gradyan oluğunun elle tutulmasıyla eşleşirse, gelen ışık gücü degrade oluk boyunca açıklık alanına toplanabilir ve bu da güçlü iletimle sonuçlanır. Daha sonra üç boyutlu Janus plazmonik spiral nanogözeneklerin geriye dönük optik özellikleri ölçüldü. Bu amaçla, ışık silikon alt tabakaya ışınlanır ve ters yönde neredeyse aynı yoğunluğu elde etmek için altın yüzeyden yayılır.
Sonuçlar, dairesel polarize ışığın etkisi altında, devasa doğrusal dikroizmin (dairesel dikroizm değil) ortaya çıktığını gösterdi. Bu sonuçlara dayanarak, Janus meta yüzeyi kodlanır ve sağ el dairesel polarizasyon (RCP) aydınlatması altında ileri ikili QR (hızlı yanıt) kodlu bir görüntü oluşturulur.
(Daire kartı buraya eklendi, lütfen görüntülemek için Toutiao istemcisine gidin)İkinci adım, gri görüntünün doğrusal polarize ışık altında ters yönde kodlanmasıdır. Karşılıklı müdahale olmadan aynı Janus yüzeyindeki bilgileri kodlayabilir ve QR kod görüntüsünü yalnızca sağ elli ışığı aydınlatması koşuluyla görüntüleyebilir, böylece şifresini çözebilir ve bağlantı fizikçisi Neal'a bağlanabilir. Niels Bohr'un ansiklopedi kodlama bilgileri.
Aynı zamanda, Janus meta yüzeyinin geniş bant performansı test edildi ve QR kod görüntüsü, bir QR kod tarayıcısı kullanılarak 690 nm ila 890 nm aralığında tanındı. Bu şekilde, araştırmacılar, yön değiştirme polarizasyon duyarlılığını kullanan yeni bir üç boyutlu Janus plazmonik nanogözenek türünü tanıttı. Cihazı tek adımlı gri tonlamalı FIB frezeleme ile yaptılar. Üç boyutlu sarmal nanohollerin benzersiz optik özellikleri, yön kontrollü ışık polarizasyonu kullanarak verileri şifrelemelerini ve şifresini çözmelerini sağlar. Bu araştırma, çok işlevli polarizörler, yüksek çözünürlüklü ekranlar ve optik bilgi işleme gibi ek yeni nesil uygulamalara sahip olacak.
