内布拉斯加大学林肯分校的斯科特·施拉格 内布拉斯加州的夏虹和她的同事使用的实验装置的渲染
光向下反射到二硫化钼(黄色和青色晶格)和压电陶瓷(蓝色和绿色)的纳米结构
当透射波长通过压电陶瓷到达底部检测器时，从表面反射的波长被顶部检测器捕获
信用:黄曦/大卫李 同步极化
从宏观的、日常的层面来看，这是一种矛盾修饰法
然而，对于内布拉斯加大学——林肯的夏虹和她的纳米科学家同事来说，这种明显的矛盾有一种和谐的意义
它可能会刺激更小、更通用的滤光器的发展，这些滤光器特别擅长玩弄光的把戏
当两包或两束光子撞击一种材料，并从该材料中射出另一个光子(一个光子的能量是另一个光子的两倍，波长是另一个光子的一半)时，就会出现这种情况
例如，由于电磁波谱的波长不同，这种现象可以将入射的红外线转换成蓝色光波，或者将可见光转换成紫外线
但不是任何材料都能完成这项被称为二次谐波产生的任务
一种材料可以:原子一样薄的二硫化钼层
洪花了几年时间探索二硫化钼与所谓的铁电材料配对时出现的现象，这种材料的正负电荷排列在电场中会翻转
去年，她和她的同事们正在研究单层二硫化钼放置在一种叫做锆钛酸铅(PZT)的铁电材料上时的光学行为
“我们并没有期待太多，”物理学和天文学副教授洪说，“但我们看到了这种非常非常奇怪的效应
" 光信号从压电陶瓷(左)反射，从二硫化钼-压电陶瓷纳米结构(中心)反射，并通过纳米结构(右)传输
中心图像是在不过滤偏振光的情况下拍摄的，显示了压电畴壁处二次谐波产生的交替增强(红色)和抑制(蓝色)
信用:自然传播/斯普林格自然 研究小组没有观察到表面上二次谐波的均匀产生，而是注意到某些部分促进了这一现象，尽管其他部分抑制了这一现象
研究人员还意识到，在压电陶瓷的畴壁上出现了意想不到的图案，其中正极化的部分——向上的正电荷与向下的负电荷分离——遇到了负极化的部分
不仅如此:反射的二次谐波的强度由壁交替产生，因此第一、第三和第五壁增强了它，而第二、第四和第六壁减弱了它
鉴于这种模式在两种材料中都是缺失的，研究人员认为这一定是源于两者的某种相互作用
仔细观察，他们发现压电陶瓷壁顶部正负电荷的漩涡状漩涡——类似于冷暖空气汇聚时可能发生的龙卷风旋转——是造成这种效应的原因
当这种旋转与叠加的二硫化钼的偏振相匹配时，前者顺时针旋转，而后者从左向右对齐，反之亦然，反射的二次谐波信号的强度几乎增加了四倍
当这些极化彼此相反时，反射信号实际上消失了
入射光的偏振也很重要
一束非偏振光周围的电场，比如来自太阳的光，会随意地向各个方向突出
相比之下，偏振光的电场会粘在一个平面上——垂直的，水平的——或者以一种可预测的，循环的方式绕着光线旋转
虽然以特定角度偏振的入射光在反射时确实会产生清晰的二次谐波图案，但当研究小组将光的偏振调整到其他角度时，信号就消失了
至于穿过纳米结构的波长，而不是从它反射回来的？研究小组也发现了一种强化-缓解模式
然而，二次谐波的产生并不依赖于材料之间的极化匹配或不匹配，而是仅响应于压电片的极化
当光以一定角度偏振时，正偏振的压电片增强了信号，而负偏振的压电片减弱了信号
调整光的偏振可以逆转这些信号的相对强度
信用:自然交流 洪说，这种纳米结构对偏振光的敏感性，加上以电或机械方式翻转压电陶瓷偏振的能力，造就了一种不寻常的东西:一种可以在几秒钟内编程和重新编程的滤光器
“它是纳米级的，而且是可以控制的，”洪说
“所以你可以说这是一种更聪明的过滤方式，因为你可以重新配置它
这不是一笔交易
我可以这样写极化，我可以擦除它，(然后)我可以用不同的方式写它
“我认为关键在于这是一种非常简单的技术
" 洪说，这项技术的多功能性可能被证明有助于快速表征材料或物质，特别是影响二次谐波产生或决定光偏振响应的特性
虽然这种技术并不真正适合偏振滤光的常规宏观应用——她说:“这显然不是制作偏振眼镜的材料”——但洪确实考虑过相关的可能性
“如果你想制作一部微型的三维电影，”她笑着大胆地说，“这可能是一种方法
" 洪和她的同事在《自然通讯》杂志上报道了他们的发现
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