Новости химической науки > Двойное лучепреломление в жидкости

Амбариш Гош (Ambarish Ghosh) и Пеер Фишер (Peer Fischer) из Гарвардского университета обнаружили эффект двойного лучепреломления при пропускании луча линейно поляризованного света через оптически активную жидкость.

Возможность двойного лучепреломления при прохождении света через жидкую фазу была предсказана еще два столетия назад. В начале XIX века французский физик Августин Френель (Augustin Fresnel) изучал «оптически активные» материалы, способные изменить поляризацию света. Он обнаружил, что линейно поляризованный свет может рассматриваться как суперпозиция право- и левополяризованного света. Для объяснения ряда своих экспериментальных наблюдений Френель предположил, что два зеркально поляризованных луча могут распространяться с различной скоростью при прохождении через оптически прозрачные среды.

На основании того факта, что скорость распространения света в прозрачной среде определяет ее показатель преломления, Френель предсказывал, что линейно поляризованный свет при попадании в оптически активную жидкость будет испытывать двойное лучепреломление и расщепится на два индивидуальных луча. Величина угла между расходящимися лучами должна определяться разницей в скоростях распространения право- и левополяризованного света в прозрачной среде.

Двойное лучепреломление легко наблюдается при прохождении луча света через анизотропные прозрачные кристаллы, например, кальцит или кварц, однако наблюдать его в жидкой фазе до настоящего времени не удавалось. Как показывают британские ученые, это объясняется тем, что в жидкости лучи расходятся под крайне малым углом – не более одной десятитысячной градуса.

Не имея представлений о природе оптической активности, Френель, тем не менее, знал, что существует ряд жидкостей, оказывающих различное влияние на прохождение линейно поляризованного света. Он и его последователи неоднократно пытались усилить эффект расхождения лучей света в жидкой фазе, конструируя для этого оптические системы из треугольных призм, заполненных оптически активными жидкими веществами. Гош и Фишер применили сходную экспериментальную методику, заполнив треугольные призмы смесью R- и S-оптических изомеров лимонена. Техника фотографии высокого разрешения позволила гарвардским ученым зафиксировать расхождение световых лучей.

Эксперименты показывают, как луч линейно поляризованного света расщепляется на два при прохождении через жидкую смесь оптических антиподов лимонена (верхний рисунок). Подобный эффект наблюдается в кристалле кальцита (нижний рисунок) [По материалам Phys. Rev. Lett.]

Гош и Фишер показали, что обнаруженный ими эффект может оказаться весьма полезным для чувствительного анализа оптической активности неизвестных соединений, взятых в следовых количествах, что, в свою очередь может пригодиться в медицинской диагностике или в наноприборах ближайшего будущего.

Для простого доказательства практической значимости своего открытия исследователи заполнили смесью право- и левовращающих форм лимонена ячейку размером в несколько сотен микрон, после чего, измерив точные значения углов преломления, определили точное соотношение взятых оптических антиподов.

Источник: Phys. Rev. Lett. 2006, 97, 173002