Un échantillon anisotrope 3D est éclairé par une lumière polarisée (P) et ses images 2D sont enregistrées après passage dans l'analyseur (A). Cette imagerie sensible à la polarisation 2D masque particulièrement l'information axialement inhomogène de l'anisotropie 3D. Les tiges rouges représentent les réalisateurs. á ñz désigne la moyenne le long de l'axe z. b, La présente méthode visualise directement l'anisotropie 3D. En résolvant l'équation d'onde vectorielle, la distribution 3D de l'anisotropie optique est reconstruite quantitativement. no, ne et e désignent le RI ordinaire, le RI extraordinaire et le tenseur diélectrique. Crédit :Institut supérieur des sciences et technologies de Corée (KAIST)
Une équipe de recherche a rapporté la mesure directe des tenseurs diélectriques de structures anisotropes, y compris les variations spatiales des principaux indices de réfraction et directeurs. Le groupe a également démontré des mesures tomographiques quantitatives de diverses structures de cristaux liquides nématiques et leur dynamique hors équilibre 3D rapide à l'aide d'une méthode tomographique sans étiquette 3D. La méthode a été décrite dans Nature Materials .
Les interactions lumière-matière sont décrites par le tenseur diélectrique. Malgré leur importance dans la science fondamentale et les applications, il n'a pas été possible de mesurer directement les tenseurs diélectriques 3D. Le principal défi était dû à la nature vectorielle de la diffusion de la lumière à partir d'une structure anisotrope 3D. Les approches précédentes ne traitaient qu'indirectement les informations anisotropes 3D et se limitaient à des conditions ou hypothèses d'échantillonnage strictes, qualitatives et bidimensionnelles.
L'équipe de recherche a développé une méthode permettant la reconstruction tomographique de tenseurs diélectriques 3D sans aucune préparation ni hypothèse. Un échantillon est éclairé par un faisceau laser avec différents angles et états de polarisation circulaire. Ensuite, les champs lumineux diffusés à partir d'un échantillon sont mesurés holographiquement et convertis en composantes de diffraction vectorielle. Enfin, en résolvant inversement une équation d'onde vectorielle, le tenseur diélectrique 3D est reconstruit.
Le professeur YongKeun Park a déclaré :"Il y avait un plus grand nombre d'inconnues dans la mesure directe qu'avec l'approche conventionnelle. Nous avons appliqué notre approche pour mesurer des images holographiques supplémentaires en inclinant légèrement l'angle d'incidence."
Il a dit que l'éclairage légèrement incliné fournit une polarisation orthogonale supplémentaire, ce qui fait que le problème sous-déterminé devient le problème déterminé. "Bien que les champs diffusés dépendent de l'angle d'éclairage, le théorème de différenciation de Fourier permet d'extraire le même tenseur diélectrique pour l'éclairage légèrement incliné", a ajouté le professeur Park.
La méthode de son équipe a été validée en reconstruisant des structures de cristaux liquides (LC) bien connues, y compris les configurations nématiques torsadées, hybrides nématiques alignées, radiales et bipolaires. En outre, l'équipe de recherche a démontré les mesures expérimentales de la dynamique de non-équilibre des gouttelettes LC d'annihilation, de nucléation et de fusion, et du réseau polymère LC avec des défauts topologiques 3D répétés.
"Il s'agit de la première mesure expérimentale de la dynamique hors équilibre et des défauts topologiques 3D dans les structures LC sans étiquette. Notre méthode permet l'exploration de structures et d'interactions nématiques inaccessibles dans la dynamique hors équilibre", a déclaré le premier auteur, le Dr Seungwoo Shin. expliqué. L'apprentissage automatique dynamique reconstruit avec précision l'intérieur des volumes avec des données à angle limité
