Uma amostra 3D anisotrópica é iluminada por luz polarizada (P), e suas imagens 2D são gravadas após passar pelo analisador (A). Esta imagem sensível à polarização 2D oculta particularmente as informações axialmente não homogêneas da anisotropia 3D. As hastes vermelhas representam os diretores. á ñz denota a média ao longo do eixo z. b, O presente método visualiza diretamente a anisotropia 3D. Ao resolver a equação de onda vetorial, a distribuição 3D da anisotropia óptica é reconstruída quantitativamente. no, ne e e denotam o RI ordinário, o RI extraordinário e o tensor dielétrico. Crédito:Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia (KAIST)
Uma equipe de pesquisa relatou a medição direta de tensores dielétricos de estruturas anisotrópicas, incluindo as variações espaciais dos principais índices de refração e diretores. O grupo também demonstrou medidas tomográficas quantitativas de várias estruturas de cristal líquido nemáticas e sua rápida dinâmica de não equilíbrio 3D usando um método tomográfico 3D sem rótulo. O método foi descrito em
Materiais da Natureza .
As interações luz-matéria são descritas pelo tensor dielétrico. Apesar de sua importância na ciência básica e aplicações, não foi possível medir tensores dielétricos 3D diretamente. O principal desafio foi devido à natureza vetorial do espalhamento de luz a partir de uma estrutura anisotrópica 3D. As abordagens anteriores abordavam apenas informações anisotrópicas 3D indiretamente e eram limitadas a condições ou suposições de amostra bidimensionais, qualitativas e estritas.
A equipe de pesquisa desenvolveu um método que permite a reconstrução tomográfica de tensores dielétricos 3D sem qualquer preparação ou suposições. Uma amostra é iluminada com um feixe de laser com vários ângulos e estados de polarização circulares. Em seguida, os campos de luz espalhados de uma amostra são medidos holograficamente e convertidos em componentes de difração vetorial. Finalmente, resolvendo inversamente uma equação de onda vetorial, o tensor dielétrico 3D é reconstruído.
O professor YongKeun Park disse:"Havia um número maior de incógnitas na medição direta do que na abordagem convencional. Aplicamos nossa abordagem para medir imagens holográficas adicionais inclinando levemente o ângulo de incidência".
Ele disse que a iluminação levemente inclinada fornece uma polarização ortogonal adicional, o que faz com que o problema subdeterminado se torne o problema determinado. "Embora os campos dispersos dependam do ângulo de iluminação, o teorema de diferenciação de Fourier permite a extração do mesmo tensor dielétrico para a iluminação ligeiramente inclinada", acrescentou o professor Park.
O método de sua equipe foi validado pela reconstrução de estruturas conhecidas de cristal líquido (LC), incluindo as configurações nemáticas torcidas, nemáticas alinhadas híbridas, radiais e bipolares. Além disso, a equipe de pesquisa demonstrou as medições experimentais da dinâmica de não equilíbrio de aniquilação, nucleação e fusão de gotículas de LC e a rede de polímeros de LC com defeitos topológicos 3D repetidos.
"Esta é a primeira medição experimental de dinâmica de não equilíbrio e defeitos topológicos 3D em estruturas LC de uma maneira livre de rótulos. Nosso método permite a exploração de estruturas nemáticas inacessíveis e interações em dinâmicas de não equilíbrio", primeiro autor Dr. Seungwoo Shin explicou.
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