La quiralidad planar , también conocida como quiralidad 2D, es el caso especial de quiralidad para dos dimensiones .
En esencia, la quiralidad planar es un término matemático que se utiliza en química , física y ciencias físicas relacionadas, por ejemplo, en astronomía , óptica y metamateriales . Los casos recientes en los dos últimos campos están dominados por aplicaciones de microondas y terahercios , así como por interfaces planares micro y nanoestructuradas para luz infrarroja y visible .
Este término se utiliza en contextos de química , [2] por ejemplo, para una molécula quiral que carece de un átomo de carbono asimétrico , pero que posee dos anillos no coplanares que son cada uno asimétricos y que no pueden girar fácilmente alrededor del enlace químico que los conecta: 2,2'-dimetilbifenilo es quizás el ejemplo más simple de este caso. La quiralidad planar también la exhiben moléculas como ( E ) -cicloocteno , algunos metalocenos di- o poli-sustituidos 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 el de mayor prioridad de los átomos que no están en el plano, pero que está unido directamente 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 una 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 se asigna en sentido contrario a las agujas del reloj, se asigna como S. [3]
Papakostas et al. observaron en 2003 que la quiralidad planar 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 desde estructuras planas de quiralidad opuesta. [4]
El estudio de metamateriales quirales planares ha revelado que la quiralidad plana también está asociada con un efecto óptico en estructuras no difractantes: la transmisión asimétrica direccional (reflexión y absorción) de ondas polarizadas circularmente . Los metamateriales quirales planares, que también son anisotrópicos y con 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 y, por lo tanto, el efecto se conoce como dicroísmo de conversión circular. Al igual que la torsión de un patrón quiral planar parece invertida para direcciones opuestas de observación, los metamateriales quirales planares tienen propiedades intercambiadas para ondas polarizadas circularmente zurdas y dextrógiras que inciden en su parte frontal y posterior. En particular, las ondas polarizadas circularmente zurdas y dextrógiras experimentan asimetrías de transmisión direccionales 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 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 planar extrínseca resulta de la iluminación de cualquier interfaz estructurada periódicamente para direcciones de iluminación adecuadas. A partir de la incidencia normal sobre una interfaz estructurada periódicamente, la quiralidad planar extrínseca surge de la inclinación de 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 resultar en dicroísmo de conversión circular, como se describió anteriormente. [7]
Los espejos convencionales invierten la lateralidad de las ondas polarizadas circularmente al reflejarse. Por el contrario, un espejo quiral refleja ondas polarizadas circularmente de una lateralidad sin cambio de lateralidad [ dudoso – discutir ] , mientras que absorbe ondas polarizadas circularmente de la lateralidad 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 dextrógiras y zurdas. [9] Se han informado espejos quirales activos que se pueden cambiar entre izquierda y derecha, o espejo quiral y espejo convencional. [10]