เทคโนโลยีที่อาศัยปฏิกิริยาระหว่างสสารและแสงโพลาไรซ์มักจะยึดติดกับเอฟเฟกต์โพลาไรซ์เชิงเส้นหรือแบบวงกลมที่เข้าใจกันดี นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยไรซ์ในสหรัฐอเมริกาได้เปิดประตูสู่แนวทางใหม่โดยศึกษาว่าสสารมีปฏิกิริยาอย่างไรต่อรูปแบบเพิ่มเติมของโพลาไรเซชัน รูปแบบนี้เรียกว่าโพลาไรเซชันแบบ “โทรคอยด์” มีลักษณะการเคลื่อนที่แบบ “กงเกวียน”
ในสนามไฟฟ้าของแสงซึ่งสามารถเกิดขึ้น
ได้ในทิศทางตามเข็มนาฬิกาหรือทวนเข็มนาฬิกา เนื่องจากสสารสามารถแยกแยะระหว่างสองทิศทางนี้ได้ จึงสามารถใช้ trochoidal dichroism เพื่อพัฒนาเครื่องมือทางสเปกโตรสโกปีแบบใหม่ได้ แสงโพลาไรซ์แบบวงกลมซึ่งทิศทางของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าหมุนเป็นเกลียวหรือแบบ “คล้ายเกลียว” ขณะที่แพร่กระจายไปทั่วอวกาศ มักใช้เพื่อศึกษาโครงสร้างของโมเลกุลชีวภาพขนาดเล็ก เช่น โปรตีน ดีเอ็นเอ และกรดอะมิโน การศึกษาเหล่านี้เป็นไปได้เพราะโมเลกุลดังกล่าวเป็นไครัล นั่นคือโครงสร้างของพวกมันมี “ความถนัด” ที่ทำให้พวกเขาดูดซับแสงโพลาไรซ์ที่เป็นวงกลมซ้ายและขวาต่างกัน ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการแบ่งแยกสี โพลาไรซ์เชิงเส้นยังใช้กันอย่างแพร่หลาย เช่น เพื่อควบคุมแสงสะท้อนและแสงสะท้อนในแว่นกันแดด
โพลาไรซ์แสงที่นักวิจัยข้าวศึกษานั้นแตกต่างจากประเภทที่คุ้นเคยมากกว่าเหล่านี้มาก ทิศทางของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในแสงแบบโทรคอยด์จะเปลี่ยนเป็นปลายด้านตรงข้ามขณะที่แผ่ขยาย โดยหมุนตามเข็มนาฬิกาหรือทวนเข็มนาฬิกาตามการหมุน ลอเรน แม คคาร์ธี หัวหน้าทีมวิจัยอธิบาย “ค่อนข้างจะเหมือนฮูลาฮูปที่กลิ้งไปมา
การวัดแสงที่กระจัดกระจายจากแท่งนาโนพลาสโมนิก
นักวิจัยข้าวสร้างคลื่นแสงโทรคอยด์โดยการสะท้อนภายในทั้งหมดของแสงโพลาไรซ์เชิงเส้นที่ส่วนต่อประสานแก้วอากาศ การสะท้อนกลับประเภทนี้ทำให้เกิดคลื่นโพลาไรซ์ evanescent ซึ่งเป็นคลื่นแสงที่อยู่ใกล้พื้นผิวเท่านั้น ซึ่งไม่เหมือนกับคลื่นแสงธรรมดาทั่วไป และ McCarthy และเพื่อนร่วมงานสามารถปรับคุณสมบัติของโทรคอยด์ได้ด้วยการเปลี่ยนโพลาไรซ์ของแสงตกกระทบ
จากนั้นทีมวิจัยได้ศึกษาว่าอนุภาคคู่หนึ่งที่เรียกว่าแท่งนาโนพลาสโมนิกทองคำกระจัดกระจายแสงนี้อย่างไร อนุภาคเหล่านี้ทำมาจากโครงสร้างนาโนที่เป็นโลหะซึ่งสามารถปรับแต่งได้อย่างละเอียดเพื่อดูดซับและกระจายแสงในความถี่ต่างๆ ต้องขอบคุณฟิสิกส์ของพลาสมอน ซึ่งเป็นอนุภาคควอซิพิเคิลที่เกิดขึ้นเมื่อแสงทำปฏิกิริยากับอิเล็กตรอนในโลหะและทำให้เกิดการสั่น
ในขณะที่โพลาไรเซชันของแสงแบบโทรคอยด์ได้รับการสังเกตในการทดลองก่อนหน้านี้ McCarthy และเพื่อนร่วมงานเป็นคนแรกที่ใช้อนุภาคนาโน plasmonic เพื่อศึกษาว่ามันมีปฏิสัมพันธ์กับสสารอย่างไร “การใช้กล้องจุลทรรศน์และสเปกโตรมิเตอร์สนามมืดเราพบว่าโพลาไรเซชันแบบทรอยเข็มนาฬิกาตามเข็มนาฬิกาและทวนเข็มนาฬิกามีปฏิสัมพันธ์แตกต่างกันกับคู่ของแท่งนาโนพลาสโมนิกที่มุ่งเน้นที่ 90 °จากกันและกัน” เธอบอกกับPhysics World “แท้จริงแล้วความยาวคลื่นของแสงที่คู่นาโนร็อดกระจัดกระจายเปลี่ยนไปเมื่อเราเปลี่ยนโพลาไรเซชันแบบโทรคอยด์จากตามเข็มนาฬิกาเป็นทวนเข็มนาฬิกา ซึ่งเป็นตัวบ่งชี้ที่เข้าใจกันดีของการแบ่งขั้ว”
ลายเซ็นสเปกโตรสโกปีการศึกษาก่อนหน้านี้
เกี่ยวกับโพลาไรซ์แบบโทรคอยด์ได้มุ่งเน้นไปที่คุณสมบัติต่างๆ เช่น โมเมนตัมเชิงมุมการหมุนตามขวางที่เป็นเอกลักษณ์ของสนามไฟฟ้าของแสง ซึ่งสามารถทำให้เกิดการแพร่กระจายของแสงได้ในทิศทางเดียว McCarthy กล่าวเสริม “การศึกษาของเราได้พิจารณาลายเซ็นทางสเปกโตรสโกปีของสสารที่ฉายรังสีด้วยโพลาไรซ์แสงตามเข็มนาฬิกาและทวนเข็มนาฬิกา”
แม่เหล็กนาโนบิดเบี้ยวสำหรับการควบคุมโพลาไรซ์แบบว่องไว
สมาชิกของทีมที่รายงานงานของพวกเขาในPNASกล่าวว่าการแบ่งขั้วแบบโทรคอยด์สามารถช่วยในการพัฒนาเทคนิคทางสเปกโตรสโกปีที่เสริมการสร้างสเปกโทรสโกปีแบบเส้นตรงและแบบวงกลม “ในที่สุด การแบ่งแยกเป็นตัวบ่งชี้ทางแสงของเรขาคณิตโมเลกุล” แมคคาร์ธีกล่าว “โพลาไรเซชันแบบโทรคอยด์เนื่องจากลักษณะการกงล้อของพวกมัน เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการตรวจสอบการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าในโมเลกุล ในขณะที่ไดโครอิซึมแบบวงกลมสามารถตรวจสอบการเคลื่อนที่ของประจุแบบเฮลิคอลได้”
ตอนนี้นักวิจัยต้องการสังเกตลายเซ็นของ trochoidal dichroism ในระบบโมเลกุลเช่นเสาอากาศโมเลกุลที่เก็บเกี่ยวด้วยแสงบางตัวซึ่งมีการเคลื่อนที่ของประจุซึ่งเป็นทั้งแบบเกวียนและแบบเกลียว โครงสร้างดังกล่าวคาดว่าจะมีความอ่อนไหวเป็นพิเศษต่อการเกิดขั้วโทรคอยด์
กระนั้น เครื่องวัดความเข้มข้นของสนามแม่เหล็กแบบอะตอมรุ่นก่อน ๆ ก็สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพในสภาพแวดล้อมที่มีการป้องกันเท่านั้น ส่วนที่สองของการออกแบบใหม่นี้เกี่ยวข้องกับการรวมเซ็นเซอร์สองตัวเข้าด้วยกันเพื่อสร้างเครื่องวัดระดับแม่เหล็ก “คุณสามารถมีเครื่องวัดความเข้มข้นของสนามแม่เหล็กที่ดีจริงๆ ได้ แต่ในช่วงความถี่ที่สัญญาณของสมองและหัวใจอยู่ในนั้น เครื่องวัดความเข้มข้นของสนามแม่เหล็กจะเต็มไปด้วยเสียงแม่เหล็กรอบข้างจากสายไฟ หม้อแปลง หรือแม้แต่รางรถไฟในท้องถิ่น” Limes กล่าวกับPhysics World เขากล่าวเสริมว่า “การก้าวกระโดดที่น่าประทับใจ” ของงานปัจจุบันไปสู่การใช้งานจริง เช่น การถ่ายภาพทางการแพทย์ มาจากการนำเซ็นเซอร์สองตัวมาทำงานร่วมกัน เพื่อที่พวกมันจะ “ปฏิเสธแหล่งกำเนิดสนามแม่เหล็กโหมดทั่วไปที่อยู่ห่างไกลซึ่งทำหน้าที่เป็นเสียงพื้นหลัง ในขณะที่ยังคงความไวต่อ แหล่งชีวแม่เหล็กใกล้เคียง”
ในการทดสอบภาคสนาม อุปกรณ์ gradiometer ต้นแบบสามารถรับการทำงานของสมองในเยื่อหุ้มสมองเสียงของผู้ถูกทดสอบเพื่อตอบสนองต่อสิ่งเร้าเสียงแบบสุ่ม แม้ว่าจะทำการทดลองในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติที่ไม่มีฉนวนป้องกัน ทั้งภายในระยะ 750 ม. จากทางรถไฟสายหลักและภายใน สายส่งไฟฟ้าเพียง 75 ม.
Credit : keibairon.net laconius.net laestrellapalestina.org laquinarderie.org lesdessinateurs.info
