La actividad óptica de dispersión hiper-Rayleigh ( / ˈr eɪ l i / RAY -lee ) , una forma de dispersión armónica quiroptical , es un efecto físico óptico no lineal por el cual los dispersores quirales (como nanopartículas o moléculas) convierten la luz (u otra radiación electromagnética ) a frecuencias más altas a través de procesos de generación armónica , de manera que la intensidad de la luz generada depende de la quiralidad de los dispersores. La "dispersión hiper-Rayleigh" es una contraparte óptica no lineal de la dispersión de Rayleigh . " Actividad óptica " se refiere a cualquier cambio en las propiedades de la luz (como la intensidad o la polarización) que se deban a la quiralidad .
El efecto fue predicho teóricamente en 1979, [1] en una descripción matemática de la actividad óptica de dispersión hiperRaman. Dentro de este modelo teórico, al establecer las frecuencias inicial y final de la luz al mismo valor, las matemáticas describen la actividad óptica de dispersión hiperRaman. La teoría se adelantó mucho a su tiempo y el efecto permaneció esquivo durante 40 años. Su autor David L. Andrews se refirió a ella como la "teoría imposible". Sin embargo, en enero de 2019, Ventsislav K. Valev y su equipo informaron de una demostración experimental. [2] [3] El equipo investigó la dispersión hiperRaman (en la frecuencia de generación del segundo armónico ) a partir de nanohélices quirales hechas de plata. Valev y su equipo observaron que la intensidad de la luz de dispersión hiperRaman dependía de la dirección de la luz polarizada circularmente y que esta dependencia se invertía con la quiralidad de las nanohélices. El trabajo de Valev estableció de manera inequívoca que el efecto es físicamente posible, abriendo el camino para investigaciones quiroptópticas no lineales de una variedad de materiales quirales que dispersan la luz, incluidas moléculas, [4] nanopartículas metálicas plasmónicas [5] y nanopartículas semiconductoras. [6]
La actividad óptica de dispersión de hiper Rayleigh (HRS OA) es posiblemente el efecto óptico quiral (quiróptico) no lineal más fundamental; ya que otros efectos quirópticos no lineales tienen requisitos adicionales, que los hacen conceptualmente más complejos, es decir, menos fundamentales. HRS OA es un efecto de dispersión y, por lo tanto, no requiere que el proceso de conversión de frecuencia sea coherente, al contrario de otros efectos quirópticos no lineales, como el dicroísmo circular de generación de segundo armónico [7] o la rotación óptica de generación de segundo armónico. [8] Además, HRS OA es un proceso paramétrico : los estados mecánicos cuánticos inicial y final del electrón excitado son los mismos. Debido a que la excitación procede a través de estados virtuales , no hay restricción en la frecuencia de la luz incidente. Por el contrario, otros efectos de dispersión no lineal, como el dicroísmo circular de dos fotones y el hiper-Raman, no son paramétricos: requieren estados de energía reales que restringen las frecuencias a las que se pueden observar estos efectos.
Poco después de la primera demostración de la actividad óptica de dispersión hiper-Rayleigh en nanopartículas metálicas, [3] el efecto se replicó en moléculas orgánicas, específicamente en los foldámeros de oligoamidas aromáticas. [4]
Si bien la demostración experimental inicial de la actividad óptica de dispersión hiper-Rayleigh se observó en el segundo armónico de la frecuencia de iluminación de la luz, el efecto es general y se puede observar en armónicos superiores. La primera demostración de la actividad óptica de dispersión hiper-Rayleigh en el tercer armónico fue informada por el equipo de Valev en 2021, a partir de nanohélices de astillas. [9]