科學家證明有可能通過銳聚焦某激光束并“扭曲”其偏振屬性來創(chuàng)建一種光莫比烏斯帶。莫比烏斯帶是3D幾何結構，它們以只有一個邊的表面而著稱。這種令人著迷的形狀（它可輕易地由一個扭曲并連接成環(huán)的紙條而制成）在電路、化學復合物及甚或音樂理論中都可找到用途。研究人員說，光莫比烏斯帶或在成像及奇異超材料光學制備中及其他應用中找到用途。他們用一種液晶制造了其光學版本；該液晶可產生具有空間上變化偏振的激光束。研究人員接著用一種納米探針來確認在該激光中出現(xiàn)了莫比烏斯偏振結構。

　　近日，加拿大、歐洲和美國的研究合作通過光偏振實驗性的產生了莫比烏斯帶（一種單側、不可定向的曲面），這證實了光的電磁場可以呈現(xiàn)這一奇特形狀的理論預測。莫比烏斯帶很容易創(chuàng)造，利用一條紙帶，扭轉一次然后將兩端結合，這樣你就創(chuàng)造了一個莫比烏斯帶：一種只有一邊的三維結構。每年上百萬名學生都會在學校進行這個動手操作。然而，發(fā)現(xiàn)自然產生的莫比烏斯帶則另當別論。

　　“這是自然界里出現(xiàn)的莫比烏斯結構的罕見例子之一。”美國羅切斯特大學光學和物理學教授、加拿大渥太華大學量子非線性光學加拿大卓越研究主席羅伯特.W.博伊德（Robert W. Boyd）這樣說道。他是這篇發(fā)表在期刊《科學》上的文章的高級作者之一。展示光偏振狀態(tài)可以創(chuàng)造莫比烏斯帶是非常有趣的，它不僅可以提高對光學偏振的基本理解，也能夠被用于產生微觀和納米程度上的復雜結構。

　　光是一種電磁波，因此它有一個電磁場，其中電場的振蕩方向被稱為光的偏振方向。偏振是理解減少眩光的偏光太陽鏡和3D電影院的關鍵。太陽光的偏振一般是隨機的，這意味著電場的方向因光線不同而有所差異。但是當光從任何物體表面——例如水、玻璃或者高速公路表面——反射回來，反射光在特定方向極化，平行于光反射的表面。偏振太陽鏡能夠阻擋這個方向的偏振光，從而極大的減少眩光，但同時讓其它光進入。

　　在實驗里，為了產生莫比烏斯帶，研究人員使用了一種特定奇特類型的光：一種高度集中的光束，常被稱為結構光。結構光是光束里具有特定偏振和密度分布——因此光束不同部分的電磁場振蕩是各不相同的。光線移動的方向并非總是位于正確的角度，即使標準激光也如此。在這樣高度結構化的光束里，電場在三維方向將均有分布。此外，光束的不同部分將在不同方向擁有不同電場。

　　為了對偏振進行成像，研究人員使用了納米粒子。研究人員對光束橫截面上的納米粒子進行掃描，然后觀察它散射的光。通過確定光是如何散射的，并有效的將其作為干涉儀，就能檢測到焦點的光束偏振，莫比烏斯帶就會出現(xiàn)。這個程序是由德國巴伐利亞州埃爾蘭根紐倫堡大學教授格爾德？勒克斯(Gerd Leuchs)和皮特？班澤爾（Peter Banzer）發(fā)明的。

　　莫比烏斯帶展示了環(huán)繞激光束軸線的圓形通道上每個位置的電場方向。取決于激光束結構的細節(jié)的不同，研究人員觀察到莫比烏斯帶的偏振呈現(xiàn)出3/2或者5/2的扭轉。這些莫比烏斯帶演示了光束在非常小的亞波長距離范圍內所蘊含的豐富結構，博伊德解釋道。他還補充表示，除此之外，這項研究所使用的測量方法在探測其它光束類型的納米結構方面蘊含了巨大潛力。