Planare Chiralität - Planar chirality
Planare Chiralität , auch 2D-Chiralität genannt, ist der Spezialfall der Chiralität für zwei Dimensionen .
Grundsätzlich ist planare Chiralität ein mathematischer Begriff, der in der Chemie , Physik und verwandten physikalischen Wissenschaften Verwendung findet, zum Beispiel in der Astronomie , Optik und Metamaterialien . Die jüngsten Ereignisse in den beiden letztgenannten Bereichen werden von Mikrowellen- und Terahertz- Anwendungen sowie mikro- und nanostrukturierten planaren Grenzflächen für Infrarot und sichtbares Licht dominiert .
In Chemie
Dieser Begriff wird in chemischen Zusammenhängen verwendet, z. B. für ein chirales Molekül , dem ein asymmetrisches Kohlenstoffatom fehlt , das aber zwei nicht- koplanare Ringe besitzt, die jeweils asymmetrisch sind und sich nicht leicht um die sie verbindende chemische Bindung drehen können: 2,2'-Dimethylbiphenyl ist vielleicht das einfachste Beispiel für diesen Fall. Planare Chiralität wird auch von Molekülen wie ( E ) - Cycloocten , einigen di - oder polysubstituierten Metallocenen und bestimmten monosubstituierten Paracyclophanen gezeigt . Die Natur liefert selten planare chirale Moleküle, Cavicularin ist eine Ausnahme.
Zuordnung der Konfiguration planar-chiraler Moleküle
Um die Konfiguration eines planaren chiralen Moleküls zuzuordnen, wählen Sie zunächst das Pilotatom aus, das die höchste Priorität der Atome hat, die sich nicht in der Ebene befinden, sondern direkt an ein Atom in der Ebene gebunden sind. Weisen Sie als Nächstes die Priorität von drei benachbarten Atomen in der Ebene zu, beginnend mit dem an das Pilotatom gebundenen Atom als Priorität 1 und vorzugsweise in der Reihenfolge der höchsten Priorität, wenn Sie eine Wahl haben. Wenn dann das Pilotatom vor die drei fraglichen Atome gesetzt wird, wird das Molekül als R zugewiesen, andernfalls wird es als S zugewiesen, wenn die drei Atome in der Reihenfolge der Priorität im Uhrzeigersinn eine Richtung bilden.
In Optik und Metamaterialien
Chirale Beugung
Papakostas et al. beobachteten 2003, dass planare Chiralität die Polarisation von Licht beeinflusst, das durch Anordnungen planarer chiraler Mikrostrukturen gebeugt wird, wobei große Polarisationsänderungen mit entgegengesetztem Vorzeichen in Licht nachgewiesen wurden, das von planaren Strukturen entgegengesetzter Händigkeit gebeugt wird.
Zirkularumwandlungsdichroismus
Die Untersuchung planarer chiraler Metamaterialien hat gezeigt, dass planare Chiralität auch in nicht beugenden Strukturen mit einem optischen Effekt verbunden ist: der gerichtet asymmetrischen Transmission (Reflexion und Absorption) zirkular polarisierter Wellen. Planare chirale Metamaterialien, die ebenfalls anisotrop und verlustbehaftet sind, zeigen unterschiedliche Gesamttransmissionsniveaus (Reflexion und Absorption) für dieselbe zirkular polarisierte Welle, die auf ihre Vorder- und Rückseite einfällt. Das asymmetrische Transmissionsphänomen entsteht aus unterschiedlichen, z. B. von links nach rechts, zirkularen Polarisationsumwandlungswirkungsgraden für entgegengesetzte Ausbreitungsrichtungen der einfallenden Welle, und daher wird der Effekt als Zirkularumwandlungsdichroismus bezeichnet. So wie die Verdrehung eines planaren chiralen Musters für entgegengesetzte Beobachtungsrichtungen umgekehrt erscheint, haben planare chirale Metamaterialien vertauschte Eigenschaften für linkshändige und rechtshändige zirkular polarisierte Wellen, die auf ihre Vorder- und Rückseite einfallen. Insbesondere linkshändige und rechtshändige zirkular polarisierte Wellen erfahren entgegengesetzt gerichtete Transmissionsasymmetrien (Reflexion und Absorption).
Extrinsische planare Chiralität
Achirale Komponenten können eine chirale Anordnung bilden. In diesem Fall ist die Chiralität keine intrinsische Eigenschaft der Komponenten, sondern wird durch ihre relativen Positionen und Orientierungen extrinsisch vorgegeben. Dieses Konzept wird typischerweise auf experimentelle Anordnungen angewendet, zum Beispiel ein achirales (Meta-)Material, das von einem Lichtstrahl beleuchtet wird, wobei die Beleuchtungsrichtung das gesamte Experiment von seinem Spiegelbild unterscheidet. Extrinsische planare Chiralität resultiert aus der Beleuchtung einer beliebigen periodisch strukturierten Grenzfläche für geeignete Beleuchtungsrichtungen. Ausgehend vom senkrechten Einfall auf eine periodisch strukturierte Grenzfläche entsteht extrinsische planare Chiralität durch Neigen der Grenzfläche um eine beliebige Achse, die nicht mit einer Spiegelsymmetrielinie der Grenzfläche zusammenfällt. In Gegenwart von Verlusten kann die extrinsische planare Chiralität zu einem Zirkularkonversionsdichroismus führen, wie oben beschrieben.
Chirale Spiegel
Herkömmliche Spiegel kehren die Händigkeit von zirkular polarisierten Wellen bei Reflexion um. Im Gegensatz dazu reflektiert ein chiraler Spiegel zirkular polarisierte Wellen einer Händigkeit ohne Änderung der Händigkeit, während er zirkular polarisierte Wellen der entgegengesetzten Händigkeit absorbiert. Ein perfekter chiraler Spiegel weist einen Zirkularkonversionsdichroismus mit idealer Effizienz auf. Chirale Spiegel können realisiert werden, indem ein planares chirales Metamaterial vor einem konventionellen Spiegel platziert wird. Das Konzept wurde in der Holographie genutzt, um unabhängige Hologramme für links- und rechtshändige zirkular polarisierte elektromagnetische Wellen zu realisieren. Aktive chirale Spiegel, die zwischen links und rechts umgeschaltet werden können, oder chiraler Spiegel und konventioneller Spiegel wurden beschrieben.