Планарная хиральность
Плоская хиральность , также известная как 2D-хиральность, является особым случаем киральности для двух измерений .
По сути, планарная хиральность — это математический термин, находящий применение в химии , физике и смежных физических науках, например, в астрономии , оптике и метаматериалах . В последних двух областях преобладают микроволновые и терагерцевые приложения, а также микро- и наноструктурированные плоские интерфейсы для инфракрасного и видимого света .
По химии
[ редактировать ]
Этот термин используется в контексте химии , [2] например, для хиральной молекулы, не имеющей асимметричного атома углерода , но имеющей два некомпланарных кольца , каждое из которых асимметрично и которые не могут легко вращаться вокруг соединяющей их химической связи : 2,2'-диметилбифенил, возможно, является самым простым примером этого случая. Плоскую хиральность также проявляют такие молекулы, как ( E ) -циклооктен , некоторые ди- или полизамещенные металлоцены и некоторые монозамещенные парациклофаны . Природа редко предоставляет плоские хиральные молекулы, кавикулярин исключение составляет .
Задание конфигурации плоских хиральных молекул
[ редактировать ]Чтобы задать конфигурацию планарной хиральной молекулы, начните с выбора пилотного атома, который имеет наивысший приоритет из атомов, не находящихся в плоскости, но непосредственно присоединенных к атому в плоскости. Затем назначьте приоритет трех соседних атомов в плоскости, начиная с атома, прикрепленного к пилотному атому, как приоритет 1, и предпочтительно назначая его в порядке наивысшего приоритета, если есть выбор. Затем установите пилотный атом перед тремя рассматриваемыми атомами. Если три атома расположены по часовой стрелке, если следовать в порядке приоритета, молекуле присваивается номер R; при движении против часовой стрелки ему присваивается значение S. [3]
В оптике и метаматериалах
[ редактировать ]Хиральная дифракция
[ редактировать ]Папакостас и др. в 2003 году заметил, что планарная хиральность влияет на поляризацию света, дифрагированного массивами плоских хиральных микроструктур, при этом большие изменения поляризации противоположного знака были обнаружены в свете, дифрагированном от плоских структур противоположной направленности. [4]
Круговой конверсионный дихроизм
[ редактировать ]Исследование планарных киральных метаматериалов показало, что планарная хиральность связана и с оптическим эффектом в недифрагирующих структурах: направленно-асимметричным пропусканием (отражением и поглощением) циркулярно поляризованных волн. Плоские киральные метаматериалы, которые также являются анизотропными и с потерями, демонстрируют разные уровни полного пропускания (отражения и поглощения) для одной и той же волны с круговой поляризацией, падающей на них спереди и сзади.Явление асимметричной передачи возникает из-за различной эффективности преобразования круговой поляризации, например, слева направо, для противоположных направлений распространения падающей волны, и поэтому этот эффект называется дихроизмом кругового преобразования.Подобно тому, как поворот плоского кирального паттерна кажется обратным для противоположных направлений наблюдения, плоские киральные метаматериалы обладают взаимозаменяемыми свойствами для левосторонних и правосторонних волн с круговой поляризацией, которые падают на них спереди и сзади. В частности, левосторонние и правосторонние волны с круговой поляризацией испытывают асимметрию передачи в противоположных направлениях (отражение и поглощение). [5] [6]
Внешняя планарная хиральность
[ редактировать ]Ахиральные компоненты могут образовывать хиральную структуру. В этом случае хиральность не является внутренним свойством компонентов, а скорее навязывается извне их относительным положением и ориентацией. Эта концепция обычно применяется к экспериментальным установкам, например, к ахиральному (мета)материалу, освещаемому лучом света, где направление освещения делает весь эксперимент отличным от его зеркального отображения. Внешняя планарная хиральность возникает в результате освещения любого периодически структурированного интерфейса подходящим направлением освещения. Начиная с нормального падения на периодически структурированный интерфейс, внешняя планарная хиральность возникает в результате наклона интерфейса вокруг любой оси, не совпадающей с линией зеркальной симметрии интерфейса. При наличии потерь внешняя планарная хиральность может привести к круговому конверсионному дихроизму, как описано выше. [7]
Хиральные зеркала
[ редактировать ]Обычные зеркала меняют направленность волн с круговой поляризацией при отражении. Напротив, киральное зеркало отражает циркулярно поляризованные волны одной направленности без изменения направленности. [ сомнительно – обсудить ] , поглощая при этом циркулярно поляризованные волны противоположной направленности. Идеальное киральное зеркало демонстрирует круговой дихроизм преобразования с идеальной эффективностью. Хиральные зеркала можно реализовать, поместив плоский киральный метаматериал перед обычным зеркалом. [8] Эта концепция была использована в голографии для создания независимых голограмм для левосторонних и правосторонних электромагнитных волн с круговой поляризацией. [9] Сообщалось об активных киральных зеркалах, которые можно переключать между левым и правым, или киральном зеркале и обычном зеркале. [10]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Рубль, ЮК; Латам, штат Ха; Фу, GC (1997). «Эффективное кинетическое разрешение вторичных спиртов плоскохиральным аналогом 4-(диметиламино)пиридина. Использование группы Fe(C 5 Ph 5 ) в асимметричном катализе». Дж. Ам. хим. Соц. 119 (6): 1492–1493. дои : 10.1021/ja963835b .
- ^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) « Планарная хиральность ». doi : 10.1351/goldbook.P04681
- ^ Эрнест Л. Элиэль и Сэмюэл Х. Вилен. «Стереохимия органических соединений»
- ^ Папакостас, А.; Поттс, А.; Бэгналл, DM; Просвирнин С.Л.; Коулз, HJ; Желудев Н.И. (2003). «Оптические проявления планарной киральности» (PDF) . Письма о физических отзывах . 90 (10): 107404. Бибкод : 2003PhRvL..90j7404P . doi : 10.1103/PhysRevLett.90.107404 . ПМИД 12689032 .
- ^ Федотов В.А.; Младёнов, ПЛ; Просвирнин С.Л.; Рогачева А.В.; Чен, Ю.; Желудев Н.И. (2006). «Асимметричное распространение электромагнитных волн через плоскую киральную структуру». Письма о физических отзывах . 97 (16): 167401. arXiv : физика/0604234 . Бибкод : 2006PhRvL..97p7401F . doi : 10.1103/PhysRevLett.97.167401 . ПМИД 17155432 . S2CID 119436346 .
- ^ Слива, Э.; Федотов В.А.; Желудев Н.И. (2009). «Плоский метаматериал с пропусканием и отражением, зависящими от направления падения». Письма по прикладной физике . 94 (13): 131901. arXiv : 0812.0696 . Бибкод : 2009АпФЛ..94м1901П . дои : 10.1063/1.3109780 . S2CID 118558819 .
- ^ Слива, Э.; Федотов В.А.; Желудев Н.И. (2011). «Асимметричная передача: общее свойство двумерных периодических структур» (PDF) . Журнал оптики . 13 (2): 024006. arXiv : 1007.2620 . Бибкод : 2011JOpt...13b4006P . дои : 10.1088/2040-8978/13/2/024006 . S2CID 52235281 .
- ^ Слива, Э.; Желудев Н.И. (01.06.2015). «Киральные зеркала». Письма по прикладной физике . 106 (22): 221901. Бибкод : 2015АпФЛ.106в1901П . дои : 10.1063/1.4921969 . hdl : 10220/26109 . ISSN 0003-6951 . S2CID 19932572 .
- ^ Ван, К.; Слива, Э.; Ян, К.; Чжан, X.; Сюй, Кью; Сюй, Ю.; Хан, Дж.; Чжан, В. (2018). «Отражающая киральная метаголография: мультиплексирование голограмм для волн с круговой поляризацией» . Свет: наука и приложения . 7 (1): 25. Бибкод : 2018LSA.....7...25W . дои : 10.1038/s41377-018-0019-8 . ПМК 6106984 . ПМИД 30839596 .
- ^ Лю, М.; Слива, Э.; Ли, Х.; Дуань, С.; Ли, С.; Сюй, Кью; Чжан, X.; Чжан, К.; Чжоу, К.; Джин, Б.; Хан, Дж.; Чжан, В. (2020). «Переключаемые киральные зеркала» (PDF) . Передовые оптические материалы . 8 (15). дои : 10.1002/adom.202000247 . S2CID 218961036 .