超穎材料(Metamaterials)是一種人造物質，透過特殊的幾何設計可創造出自然界不存在的材料，由於其組成單位分子小於電磁波波長，提供了人們一種操作電磁波的方法。親手性材料(chirality)是擁有對左手圓偏光(LCP)和右手圓偏光(RCP)有不同光學特性的材料，使其在左右旋光下有不同的穿透吸收率。這種對LCP偏振光和RCP偏振光有不同反應則稱為圓二色性(Circular Dichroism CD)。而親手性超穎材料(chiral metamaterials)即是結合兩者，利用奈米等級的週期性排列的非鏡像對稱的幾何結構產生圓二色性，當入射電磁波的偏振旋向與左旋或右旋結構發生交互作用，便會和另一相異卻沒有發生產生共振的旋向有了差異，進而造成圓二色性。有?多幾何結構設計都有顯著的CD效應，如雙層卍字型、雙層C型環、扭曲弧線結構(twisted arch)等… 本篇論文以有限差分時域法(Finite-difference Time-Domain FDTD)，使用數值模擬的方式研究親手性超穎材料：扭曲弧線金屬結構(Twisted Arch)產生圓二色性的機制。扭曲弧線金屬結構是由兩塊弧線結構組合而成，利用兩塊金屬間彼此耦合作用，在 、 偏振方向上會各自有藍位移和紅位移發生，並產生出高低能階的差異。藉由控制兩塊金屬弧線結構令其間有高度差，使光在入射兩塊弧線結構時有了相位延遲。透過電荷分布圖可觀察到隨著高度差的增加造成的相位延遲加上因兩弧線結構距離增加使彼此耦合力變化，進而對左右旋光有了不同趨勢，展現出較強的圓二色性。但過大的高度差也會使兩弧線結構變得相對獨立，因此需要適當的幾何結構設計才能得到較佳的圓二色性。而左高右低的扭曲弧線結構與右高左低的結構有著相同的圓二色性機制，只是符號方向正好相反，我們可對應所需的親手性增益和圓二色性去決定其左右高低和弧線間水平距離與高度差。
The Mechanism of Circular Dichroism in Twisted Arch nanostructures analyzed by Finite-difference Time-Domain method
楷洺, 林. (Author). 2019
學生論文: Doctoral Thesis