La quiralidad plana , también conocida como quiralidad 2D, es el caso especial de la quiralidad para dos dimensiones .
Fundamentalmente, la quiralidad plana es un término matemático que se utiliza en química , física y ciencias físicas relacionadas, por ejemplo, en astronomía , óptica y metamateriales . Los acontecimientos recientes en los dos últimos campos están dominados por aplicaciones de microondas y terahercios , así como por interfaces planas micro y nanoestructuradas para luz infrarroja y visible .
Este término se usa en contextos químicos , [2] por ejemplo, para una molécula quiral que carece de un átomo de carbono asimétrico , pero que posee dos anillos no coplanares , cada uno de los cuales es disimétrico y que no puede girar fácilmente alrededor del enlace químico que los conecta: 2,2' -dimetilbifenilo es quizás el ejemplo más simple de este caso. La quiralidad plana también la exhiben moléculas como ( 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 plana, comience seleccionando el átomo piloto, que es la prioridad más alta de los átomos que no está en el plano, pero que está directamente unido 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 existe la opción. Luego coloque el átomo piloto delante de los tres átomos en cuestión. Si los tres átomos residen en el sentido de las agujas del reloj cuando se siguen en orden de prioridad, la molécula se asigna como R; cuando es en sentido antihorario se le asigna como S. [3]
Papakostas et al. observó en 2003 que la quiralidad plana afecta la polarización de la luz difractada por conjuntos de microestructuras quirales planas, donde se detectaron grandes cambios de polarización de signo opuesto en la luz difractada de estructuras planas de dirección opuesta. [4]
El estudio de metamateriales quirales planos ha revelado que la quiralidad plana también está asociada con un efecto óptico en estructuras no difractantes: la transmisión direccionalmente asimétrica (reflexión y absorción) de ondas polarizadas circularmente . Los metamateriales quirales planos, que también son anisotrópicos y con pérdida, exhiben diferentes niveles de transmisión total (reflexión y absorción) para la misma onda polarizada circularmente que incide en su parte delantera y trasera. 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 y, por lo tanto, el efecto se denomina dicroísmo de conversión circular. Al igual que la torsión de un patrón quiral plano aparece invertida en direcciones de observación opuestas, los metamateriales quirales planos tienen propiedades intercambiadas para ondas polarizadas circularmente izquierdas y derechas que inciden en su parte delantera y trasera. En particular, las ondas polarizadas circularmente izquierdas y derechas experimentan asimetrías de transmisión (reflexión y absorción) en direcciones opuestas. [5] [6]
Los componentes aquirales pueden formar una disposición quiral. En este caso, la quiralidad no es una propiedad intrínseca de los componentes, sino impuesta extrínsecamente por sus posiciones y orientaciones relativas. Este concepto se aplica típicamente a disposiciones 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 plana extrínseca resulta de la iluminación de cualquier interfaz estructurada periódicamente para direcciones de iluminación adecuadas. A partir de la incidencia normal sobre una interfaz periódicamente estructurada, la quiralidad plana 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 plana extrínseca puede dar como resultado un dicroísmo de conversión circular, como se describió anteriormente. [7]
Los espejos convencionales invierten la dirección de las ondas polarizadas circularmente al reflejarse. Por el contrario, un espejo quiral refleja ondas polarizadas circularmente de una mano sin cambio de mano [ dudoso ] , mientras absorbe ondas polarizadas circularmente de la mano opuesta. Un espejo quiral perfecto exhibe dicroísmo de conversión circular con una eficiencia ideal. Los espejos quirales se pueden realizar colocando un metamaterial quiral plano frente a un espejo convencional. [8] El concepto se ha explotado en holografía para realizar hologramas independientes para ondas electromagnéticas polarizadas circularmente para zurdos y diestros. [9] Se han informado espejos quirales activos que se pueden cambiar entre izquierda y derecha, o espejos quirales y espejos convencionales. [10]