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En óptica , un material dicroico se refiere a:
- un material que provoca que la luz visible se divida en dos haces distintos de diferentes longitudes de onda ( colores ), uno de los cuales se refleja y otro se transmite (que no debe confundirse con la dispersión ), o
- un material en el que los rayos de luz con diferentes direcciones de polarización se absorben de manera diferente. [ 1 ]
Etimología
El término deriva del griego dichroos , que significa "bicolor", en referencia al efecto óptico por el cual una sustancia parece tener diferentes colores cuando se observa desde diferentes ángulos o a través de diferentes polarizaciones.
División del haz (dicroísmo de película delgada dieléctrica)
En el caso de la división de haces, el significado original de dicroico , del griego dikhroos , dos colores, se refiere a cualquier dispositivo óptico capaz de dividir un haz de luz en dos haces con longitudes de onda diferentes. Estos dispositivos incluyen espejos y filtros , generalmente con recubrimientos ópticos , diseñados para reflejar la luz en un rango determinado de longitudes de onda y transmitir la luz que se encuentra fuera de ese rango. Un ejemplo es el prisma dicroico , utilizado en algunas videocámaras , que emplea varios recubrimientos para dividir la luz en componentes rojo, verde y azul para su grabación en matrices CCD separadas ; sin embargo, actualmente es más común utilizar un filtro Bayer para filtrar píxeles individuales en una sola matriz CCD. Este tipo de dispositivo dicroico no suele depender de la polarización de la luz. El término dicromático también se utiliza en este sentido.
Aplicaciones tecnológicas
- Espejos dicroicos: Se utilizan en microscopía de fluorescencia y sistemas láser para separar las trayectorias de la luz de excitación y emisión. Los filtros o espejos dicroicos emplean capas alternas de recubrimientos ópticos con diferentes índices de refracción para producir interferencia de película delgada . Esto permite que ciertas longitudes de onda se reflejen mientras que otras se transmiten sin ser absorbidas.
- Cascos de astronauta: Los cascos utilizados para actividades extravehiculares (EVA, por sus siglas en inglés) suelen estar recubiertos con una fina capa de oro que actúa como filtro dicroico, reflejando la radiación infrarroja y ultravioleta sin dejar de ser transparente a la luz visible.
Dicroísmo anisotrópico (luz polarizada)
En este caso, el significado de dicroico se refiere a la propiedad de un material en la que la luz en diferentes estados de polarización que viaja a través de él experimenta un coeficiente de absorción diferente ; esto también se conoce como diatenueación. Cuando los estados de polarización en cuestión son polarización circular derecha e izquierda , entonces se conoce como dicroísmo circular (DC) . La mayoría de los materiales que exhiben DC son quirales , [ 2 ] aunque recientemente se han observado materiales no quirales que muestran DC. [ 3 ] Dado que las polarizaciones circulares izquierda y derecha representan dos estados de momento angular de espín (SAM), en este caso para un fotón, este dicroísmo también puede pensarse como dicroísmo de momento angular de espín y podría modelarse utilizando mecánica cuántica .
Pleocroísmo (dicroísmo cristalino)
En mineralogía , ciertos cristales como la turmalina , la kunzita y la iolita presentan dicroísmo debido a su estructura reticular anisotrópica. Estos cristales absorben la luz de manera diferente según la orientación del vector de polarización de la luz. Esto se conoce más generalmente como pleocroísmo [ 4 ] , y la técnica puede utilizarse en mineralogía para identificar minerales .
En algunos cristales , como la turmalina , la intensidad del efecto dicroico varía notablemente con la longitud de onda de la luz, lo que hace que parezcan tener colores diferentes al observarlos con luz de polarización distinta. En algunos materiales, como la herapatita (sulfato de yodoquinina) o las láminas Polaroid , el efecto no depende en gran medida de la longitud de onda.
Dicroísmo circular (DC)
El dicroísmo circular es la absorción diferencial de luz polarizada circularmente a la izquierda ($LHC$) y a la derecha ($RHC$) .
- Importancia biológica: La espectroscopia de dicroísmo circular (CD) se utiliza ampliamente en bioquímica para determinar la estructura secundaria de las proteínas (por ejemplo, la hélice alfa y la lámina beta ) y las propiedades de plegamiento del ADN .
- Dicroísmo circular magnético (DCM): Inducido por un campo magnético, el DCM se utiliza para estudiar la estructura electrónica y las propiedades magnéticas de átomos y moléculas.
Representación matemática
La interacción de la luz con materiales dicroicos se puede modelar utilizando el cálculo de Jones .
- Coeficiente de absorción: La resistencia se define por la diferencia en los coeficientes de absorción ($\alpha_1$ y $\alpha_2$) a lo largo de los ejes principales del material.
- Relación dicróica: Definida como $D = \alpha_1 / \alpha_2$.
Ejemplos naturales
- Élitros de escarabajo : Los exoesqueletos de ciertos escarabajos, como Chrysina resplendens , reflejan la luz polarizada circularmente debido a sus capas especializadas de quitina.
- Cloroplastos : La disposición ordenada de la clorofila dentro de las membranas tilacoides puede exhibir propiedades dicróicas durante la captación de luz.
Aplicaciones tecnológicas
- Tecnología LCD: Las pantallas de cristal líquido utilizan cristales líquidos dicroicos para modular la luz y crear imágenes.
Véase también
Referencias
- ↑ FW Sears; MW Zemansky; HD Young (1982). Física universitaria (6.ª ed.). Addison-Wesley. ISBN 0-201-07199-1.
- ↑ Alison Rodger (2014). «Dicroísmo circular y dicroísmo lineal». Enciclopedia de química analítica . John Wiley & Sons, Ltd. págs. 1–34 . doi : 10.1002/9780470027318.a5402.pub2 . ISBN 978-0-470-02731-8.
- ↑ X. Zambrana-Puyalto (2014). "Dicroísmo circular inducido por momento angular en nanoestructuras no quirales" . Nature Communications . 5 : 4922. arXiv : 1404.0440 . Bibcode : 2014NatCo...5.4922Z . doi : 10.1038 / ncomms5922 . PMID 25215603. S2CID 2135734 .
- ↑ Walter Schumann (2009). Piedras preciosas del mundo . Sterling Publishing Company, Inc. págs. 49–. ISBN 978-1-4027-6829-3.
- Óptica
- Mineralogía
- Polarización (ondas)
