哈佛大學約翰·A·保爾森工程與應用科學學院 (SEAS) 的研究人員發明了一種緊湊的裝置，可以控制光線穿過時的「旋向性」。也稱為光學手性，這是透過稍微旋轉兩個專門設計的光子晶體層來實現的。
該計畫由巴爾幹斯基物理學和應用物理學教授 Eric Mazur 實驗室的研究生 Fan Du 領導。團隊設計了一種可重構的雙層扭曲光子晶體。可使用整合式微機電系統（MEMS）進行即時調整。這項進步可以實現新的功能。手性檢測光通訊和光子量子
「手性在許多科學領域都非常重要，從製藥、化學、生物學，當然還有物理學和光子學，」馬祖爾說。 “透過將扭曲光子晶體與 MEMS 集成，我們擁有的平台不僅從物理角度來看非常強大，而且還與現代光子製造方法相容。”
扭曲光子晶體和光操縱
光子晶體是旨在控制光行為的奈米級材料。這些結構小到足以安裝在針尖上，並已用於高速資料處理、感測和傳輸技術。
Mazur 的團隊透過應用扭轉電子學的想法擴展了這一領域，這一想法透過對扭轉雙層石墨烯的研究而受到關注。透過堆疊兩個圖案化的氮化矽層並將它們相對於彼此旋轉。研究人員能夠創造出單層中不存在的新光學特性。
他們的研究發表於 光學的研究小組表明，這種扭曲的雙層結構產生了自然的左右不對稱性。這使得它在控制光的手性方面非常有效。手性是指不能與其在鏡子中的反射疊加的物體，例如左手和右手。在光學中這個概念適用於材料和光本身。可以以線圈形式行駛
光可以順時針旋轉，稱為右圓偏振，或逆時針旋轉，稱為左圓偏振。儘管這些差異很微妙，但它在許多科學應用中發揮著重要作用。
為什麼手性在科學中很重要？
手性的微小差異可能會產生重要的後果。在化學和醫學領域，彼此鏡像的分子在體內的表現可能截然不同。一個著名的例子是沙利度胺，一種 20 世紀 50 年代的藥物。該分子的一種版本有助於治療孕婦的孕吐。而鏡子中的反射會導致嚴重的出生缺陷。
科學家經常使用手性光來研究此類分子。傳統工具包括波片和線性偏光鏡。可以偵測偏振，但能力固定，範圍有限。
具有 MEMS 控制的可調諧光子裝置
新的哈佛設備透過完全可自訂克服了這些限制。可以調整對不同類型手性火的反應，而不是依賴靜態組件。連續運行，無需更換任何部件
這種靈活性來自於兩層設計。當兩個光子晶體層靠近並旋轉時，此結構變得幾何手性。並且可以檢測來自強層間相互作用的光，這會導致「法向入射」下的左右圓偏振光或垂直於表面入射的偏振光的傳輸行為截然不同。
使用 MEMS 系統精確控制扭轉角度和層間距離。研究人員已經證明，該設備可以調整為在區分光偏差時具有近乎完美的選擇性。
感測和通訊領域的未來應用
該研究還概述了更廣泛的設計策略，用於創建可光學控制的雙扭曲光子晶體。雖然目前的設備只是概念驗證，但它指向實際使用。
未來的系統可用於手性檢測。透過各種設備它被最佳化以檢測不同波長的特定分子。它還可以充當光通訊系統中的動態光調製器。這樣可以精確、直接地控制晶片上的光。
文章「Dynamic Control of Intrinsic Optical Chirality via MEMS-Integrated Photonic Crystals」由唐浩寧、劉一凡、張明傑、樓北城、高光啟、李旭陽、Alsyl Enriquez 和範山輝共同撰寫。
