平面キラリティー

平面キラリティーは2D キラリティーとも呼ばれ、2次元のキラリティーの特殊なケースです。

最も根本的には、平面キラリティーは数学用語であり、化学、物理学、および関連する物理科学、たとえば天文学、光学、メタマテリアルで使用されています。後者の 2 つの分野における最近の出来事は、マイクロ波およびテラヘルツのアプリケーション、および赤外線および可視光用のマイクロ構造およびナノ構造の平面インターフェイスによって支配されています。

この用語は化学の文脈で使用され、 ^[2]例えば、不斉 炭素原子を持たず、それぞれが非対称で、それらを結ぶ化学結合の周りを容易に回転できない2つの非共平面環を持つキラル分子に対して使用されます。2,2'-ジメチルビフェニルは、この場合の最も単純な例です。平面キラリティーは、( E )-シクロオクテン、一部のジまたはポリ置換メタロセン、および特定のモノ置換パラシクロファンなどの分子でも示されます。自然界には平面キラル分子はほとんどなく、カビクラリンは例外です。

平面キラル分子の配置を割り当てるには、まずパイロット原子を選択することから始めます。パイロット原子は、平面内にはないものの、平面内の原子に直接結合している原子の中で最も優先順位が高い原子です。次に、パイロット原子に結合している原子を優先順位 1 として、優先順位の高い順に 3 つの平面内原子の優先順位を割り当てます。次に、パイロット原子を問題の 3 つの原子の前に設定します。優先順位に従って 3 つの原子が時計回りの方向にある場合、分子は R として割り当てられ、反時計回りの場合は S として割り当てられます。^[3]

パパコスタスらは2003年に、平面キラリティーが平面キラリティー微細構造の配列によって回折された光の偏光に影響を及ぼし、反対の利き手の平面構造から回折された光で反対符号の大きな偏光変化が検出されることを観察しました。^[4]

平面キラルメタマテリアルの研究により、平面キラリティーは非回折構造における光学効果、すなわち円偏光波の方向非対称透過（反射および吸収）にも関連していることが明らかになった。異方性および損失性も有する平面キラルメタマテリアルは、前面と背面に入射する同じ円偏光波に対して、異なる全透過（反射および吸収）レベルを示す。非対称透過現象は、入射波の反対伝播方向に対する異なる（例えば左から右への）円偏光変換効率から生じるため、この効果は円変換二色性と呼ばれる。平面キラルパターンのねじれが反対方向の観察では逆に見えるのと同様に、平面キラルメタマテリアルは、前面と背面に入射する左旋円偏光波と右旋円偏光波に対して、相互に特性が入れ替わる。特に、左旋円偏光波と右旋円偏光波は、反対方向の透過（反射および吸収）非対称性を示す。^{[5] [6]}

アキラルな成分はキラルな配置を形成することがある。この場合、キラリティーは成分の固有の特性ではなく、むしろそれらの相対的な位置と方向によって外在的に課せられる。この概念は、通常、実験配置、例えば光線で照らされたアキラルな（メタ）材料に適用され、照明方向によって実験全体がその鏡像と異なるものになる。外在的平面キラリティーは、周期的に構造化された界面を適切な照明方向で照明することで生じる。周期的に構造化された界面への垂直入射から始めて、外在的平面キラリティーは界面の鏡像対称線と一致しない軸を中心に界面を傾けることで生じる。損失がある場合、外在的平面キラリティーは、上記のように円変換二色性をもたらす可能性がある。^[7]

従来のミラーは、反射時に円偏光の利き手を反転します。対照的に、キラルミラーは、利き手が変化することなく片方の利き手の円偏光を反射し^{[疑わしい–議論]}、反対の利き手の円偏光を吸収します。完全なキラルミラーは、理想的な効率で円変換二色性を示します。キラルミラーは、平面キラルメタマテリアルを従来のミラーの前に置くことで実現できます。^[8]この概念は、ホログラフィーで左利きと右利きの円偏光電磁波の独立したホログラムを実現するために利用されています。^[9]左と右、またはキラルミラーと従来のミラーを切り替えることができるアクティブキラルミラーが報告されています。^[10]

• メタマテリアル
• カイラリティ（電磁気学）