Quiralidad planar

La quiralidad planar , también conocida como quiralidad 2D, es el caso especial de quiralidad para dos dimensiones .

Fundamentalmente, la quiralidad planar es un término matemático que se utiliza en química , física y ciencias físicas afines, como la astronomía , la óptica y los metamateriales . En estos dos últimos campos, las aplicaciones más recientes se centran en microondas y terahercios , así como en interfaces planares micro y nanoestructuradas para luz infrarroja y visible .

Este término se utiliza en química ^{[ 2 ]} para describir moléculas que son quirales a pesar de carecer de un átomo de carbono asimétrico . En estos casos, la quiralidad resulta de la disposición de grupos que se extienden fuera de un plano de referencia (plano de quiralidad), lo que hace que la molécula y su imagen especular no sean superponibles. Algunos ejemplos son el ( E ) -cicloocteno , algunos metalocenos di- o polisustituidos y ciertos paraciclofanos monosustituidos . La naturaleza rara vez proporciona moléculas quirales planas, siendo la cavicularina una excepción.

Para asignar la configuración de una molécula quiral planar, comience seleccionando el átomo piloto, que es el de mayor prioridad entre los átomos que no se encuentran en el plano, pero que están directamente unidos a un átomo en el plano. A continuación, asigne la prioridad de los tres átomos adyacentes en el plano, comenzando con el átomo unido al átomo piloto como prioridad 1, y asignando preferentemente en orden de mayor prioridad si hay opción. Luego, coloque el átomo piloto delante de los tres átomos en cuestión. Si los tres átomos se encuentran en sentido horario al seguirlos en orden de prioridad, la molécula se asigna como R; si se encuentran en sentido antihorario, se asigna como S. ^{[ 3 ]}

Papakostas et al. observaron en 2003 que la quiralidad planar afecta la polarización de la luz difractada por matrices de microestructuras quirales planas, donde se detectaron grandes cambios de polarización de signo opuesto en la luz difractada de estructuras planas de quiralidad opuesta. ^{[ 4 ]}

El estudio de los metamateriales quirales planares ha revelado que la quiralidad planar también se asocia con un efecto óptico en estructuras no difractantes: la transmisión direccionalmente asimétrica (reflexión y absorción) de ondas polarizadas circularmente . Los metamateriales quirales planares, que además son anisotrópicos y presentan pérdidas, exhiben diferentes niveles de transmisión total (reflexión y absorción) para la misma onda polarizada circularmente incidente en su parte frontal y posterior. El fenómeno de transmisión asimétrica surge de diferentes eficiencias de conversión de polarización circular, por ejemplo, de izquierda a derecha, para direcciones de propagación opuestas de la onda incidente, por lo que el efecto se denomina dicroísmo de conversión circular. Al igual que la torsión de un patrón quiral planar aparece invertida para direcciones de observación opuestas, los metamateriales quirales planares tienen propiedades intercambiadas para ondas polarizadas circularmente levógiras y dextrógiras que inciden en su parte frontal y posterior. En particular, las ondas polarizadas circularmente levógiras y dextrógiras experimentan asimetrías de transmisión direccional opuestas (reflexión y absorción). ^{[ 5 ] [ 6 ]}

Los componentes aquirales pueden formar una disposición quiral. En este caso, la quiralidad no es una propiedad intrínseca de los componentes, sino que se impone extrínsecamente por sus posiciones y orientaciones relativas. Este concepto se aplica típicamente a configuraciones experimentales, por ejemplo, un (meta)material aquiral iluminado por un haz de luz, donde la dirección de la iluminación hace que todo el experimento sea diferente de su imagen especular. La quiralidad planar extrínseca resulta de la iluminación de cualquier interfaz estructurada periódicamente con direcciones de iluminación adecuadas. Partiendo de una incidencia normal sobre una interfaz estructurada periódicamente, la quiralidad planar extrínseca surge al inclinar la interfaz alrededor de cualquier eje que no coincida con una línea de simetría especular de la interfaz. En presencia de pérdidas, la quiralidad planar extrínseca puede dar lugar a un dicroísmo de conversión circular, como se describió anteriormente. ^{[ 7 ]}

Los espejos convencionales invierten la quiralidad de las ondas polarizadas circularmente al reflejarse. En cambio, un espejo quiral refleja ondas polarizadas circularmente de una quiralidad sin cambiar su quiralidad, mientras que absorbe ondas polarizadas circularmente de la quiralidad opuesta. Un espejo quiral perfecto exhibe dicroísmo de conversión circular con eficiencia ideal. Los espejos quirales se pueden realizar colocando un metamaterial quiral planar frente a un espejo convencional. ^{[ 8 ]} Este concepto se ha utilizado en holografía para realizar hologramas independientes para ondas electromagnéticas polarizadas circularmente a la izquierda y a la derecha. ^{[ 9 ]} Se han reportado espejos quirales activos que pueden alternarse entre izquierda y derecha, o entre espejo quiral y espejo convencional. ^{[ 10 ]}

• Metamaterial
• Quiralidad (electromagnetismo)