Hvordan Kiral Metasurfaces Transformerer Dataindkodning

Hvad er Kiralitet? Udforskning af Videnskaben Bag Symmetri

In nature, symmetry is a fundamental feature of many things, including the components of DNA and light itself. It is possible that two molecules almost identical to each other differ not in their composition or shape, but in their orientation, a concept called “chirality”.

Kiralitet kan i sin simpleste form forklares som grunden til, at vores venstre hånd adskiller sig fra vores højre hånd, selvom begge hænder er identiske i form, struktur og funktion.

Kiralitet spiller en grundlæggende rolle i biologi, hvor naturlig selektion udelukkende har udvalgt “højrehåndede” DNA-molekyler, sukker og aminosyrer (den grundlæggende komponent i proteiner).

Den samme type fænomen kan forekomme med lys, som kan polariseres mod venstre eller højre, hvilket ændrer retningen af dets elektriske felt.

Når et kiralt molekyle udsættes for polariseret lys, varierer reaktionen afhængigt af lysets polariseringsretning.

Dette er et velkendt fænomen inden for fysik, men indtil nu var det for svagt til at blive brugt i praktiske anvendelser. Dette kan have ændret sig takket være arbejdet fra forskere ved École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL – Schweiz), Australian National University og University of South Australia.

De offentliggjorde deres resultater i Nature Communications¹ under titlen “Kiralitetkodning i resonante metasurfaces styret af gitter‑symmetrier”.

Hvordan Meta‑Atomer Muliggør Justerbare Kirale Metasurfaces

Scientists have been developing new types of materials, called metamaterials, for a few decades. Metamaterials derive new properties not found in nature, not from their composition alone, but from how their internal structure is designed.

Meta‑atomer er de byggesten, som metamaterialer er sammensat af.

Forskerne har udviklet 2D‑gitre bestående af små elementer (meta‑atomerne), som nemt kan justere deres kirale egenskaber.

Kilde: Nature

Ved at variere orienteringen af meta‑atomer inden for et gitter kan forskere kontrollere den resulterende metasurfaces interaktion med polariseret lys.

Kilde: Nature

Et Kiralt Værktøjssæt til Lysbaseret Dataindkodning

Previous attempts to use chirality to control interaction with light had limited success. In large part, this was due to a too difficult approach, using very complex meta-atom geometries.

I stedet udnyttede de schweiziske og australske forskere interaktionen mellem meta‑atomernes form og gitterets symmetri. De brugte en metasurface fremstillet af germanium og calciumdifluorid.

Kilde: Nature

Som resultat kunne de producere en forudsigelig kiral adfærd, justerbar med simple parametre, og dermed skabe et universelt værktøjssæt til efterspørgselsbaseret kiral design.

The inverted metasurface pattern was written using electron beam lithography.

Dobbelt Dataoverførsel

Som et proof-of-concept skabte forskerne et billede med 2 lag af data kodet af en metasurface, det ene med normalt lys og det andet med polariseret lys.

Kilde: Nature

“Transmissionbilledet” blev kodet efter størrelsen af meta‑atomerne og kunne afkodes ved brug af upolariseret lys. “Kiralbilledet” blev kodet efter orienteringen af meta‑atomerne, som afsløres, når det udsættes for cirkulært polariseret lys.

“Dette eksperiment demonstrerede vores tekniks evne til at producere et dobbeltlag ‘vandmærke’, usynligt for det menneskelige øje, og baner vejen for avanceret antikopiering, camouflage og sikkerhedsapplikationer,”Ivan Sinev – Bionanophotonics Systems Lab forsker.

Det anvendte lys var i midten af det infrarøde spektrum, hvilket gør det relativt lavpris og nemt at bruge.

Virkelige Anvendelser af Kiral Kodningsteknologi

Det første anvendelsesområde for denne teknologi er avanceret kryptering, mærkning og andre antikopieringsforanstaltninger.

Ved brug af denne teknik kan et unikt og hemmeligt lag af kodning, kun muligt med dette kirale værktøjssæt, anvendes til at certificere ægtheden af pengesedler, ID‑kort, betalingssystemer og andre identifikationssystemer.

En anden mulighed kunne være at bruge denne teknik til at skabe sensorer, der er følsomme over for kirale strukturer. Da de fleste biologiske molekyler er kirale, kunne dette bruges til at skelne mellem venstre- og højrehåndede biomolekyler.

Kilde: Nature

Da systemet kan justeres langs en gradient, kan det også muliggøre skalerbar detektion af kirale molekyler.

“Vi kan bruge kirale metastrukturer som vores til at måle, for eksempel, lægemiddelsammensætning eller renhed fra små prøvevolumener. Det kan udgøre forskellen mellem et lægemiddel og et giftstof,”Felix Richter – Bionanophotonic Systems Lab forsker.

Polariseret lys er også meget vigtigt i avancerede computersystemer, der fremstår som et potentielt alternativ til nuværende siliciumchips. Dette omfatter fotonik og optisk computing samt kvantecomputing og kvantefotonik.

Denne type justerbare kirale system kan bruges til at gøre yderligere fremskridt i kontrollen af polariseret lys, øge præcisionen og reducere omkostningerne ved sådanne værktøjer til nye typer af avanceret computing.

Top Offentligt Handlet Laser- & Fotonikvirksomhed

Coherent (II-VI Marlow): En leder inden for laserinnovation

Efterhånden som fotonik og metamaterialer bliver vigtigere i mange industrier, ser de vigtigste værktøjer til disse teknikker, laserne, også deres marked vokse.

Coherent er et stort industrielt konglomerat med over 26.000 ansatte og en leder inden for laserteknologi. Det opstod som følge af fusionen mellem avanceret materiale II-VI (COHR ) Marlow og laserproducenten Coherent.

Virksomheden er ekspert i avancerede materialer, der bruges i laser, optik og fotonik, såsom indiumfosfid, epitaktiske wafere og galliumarsenid.

Den voksede markant takket være flere opkøb i det sidste årti, fra 600 millioner dollars i omsætning i 2013 til 4,7 milliarder dollars i 2024.

Virksomheden får 29 % af sin omsætning direkte fra laser, mens resten er knyttet til tilhørende udstyr som optisk fiber og elektronik. Instrumentationskategorien omfatter primært livsvidenskab og medicinske anvendelser.

Kilde: Coherent

Virksomhedens tilstedeværelse inden for avancerede materialer som termofotovoltaik (som vi diskuterede i en tidligere artikel), siliciumkarbid, laser og elektronik hjælper den med at drage fordel af strukturelle tendenser som væksten i præcisionsfremstilling, additiv fremstilling (3D‑print), elektrificering og vedvarende energier.

Virksomheden har for nylig adskilt sin siliciumkarbidforretning i en ny enhed, som ejes 75 % af Coherent, mens resten ejes ligeligt af partnerne Mitsubishi Electric (der bidrager med siliciumkarbid‑kraft‑IP) og Denso (der bringer sin aktivitet som en billeverandør inden for elektrificering og kraft‑semikonduktorer).

Dette skyldes, at siliciumkarbid i stigende grad er sin egen teknologi, adskilt fra laser, primært brugt i høj‑effekt‑applikationer som el‑biler, batterier og vedvarende energi. (Du kan læse mere om siliciumkarbid i vores dedikerede investeringsrapport om denne teknologi.)

Coherents laser gør det til en leder ind for LIDAR og 3D‑digital sensing, herunder til selvkørende applikationer, biotek Next Generation Sequencing (NGS) Flow Cells, og laser til fremstilling af halvledere. Den forventer, at dens hovedmarkeder vil vokse med 8‑20 %.

Kilde: Coherent

Andre potentielle nye anvendelser af laser, såsom direkte energivåben, fotonisk computing, kernesfusion og rumteknologi, kan alle lige så godt bidrage til at opretholde virksomhedens langsigtede vækst.

Samlet set er Coherent så tæt som muligt på en “ren” offentligt handlet laservirksomhed for investorer, der er interesserede i sektoren, med stærk vertikal integration og over 3.100 patenter, der beskytter deres innovationer.

Efterhånden som fotonik udvikler sig, vil efterspørgslen efter ultra‑hurtige, ultra‑præcise lasersystemer samt laser anvendt i optisk telekommunikation løbende stige.

Seneste Coherent (COHR) Aktienie Nyheder og Udviklinger

Studie Refereret

^{1. Sinev, I., Richter, F.U., Toftul, I. et al. Kiralitetkodning i resonante metasurfaces styret af gitter‑symmetrier. Nature Communications 16, 6091 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-61221-2}