Holografiska skärmar hjälper till att lägga till en tredimensionell – och därmed mer verklighetstrogen – känsla till vad som annars skulle framstå som en tvådimensionell bild. Nu, forskare i Japan har testat hur detta kan fungera på en supramolekylär nivå; sådana tester kan leda till förbättrade skärmar.

Vanligen, man kan inte lägga över en viss typ av molekylär komponent som ligger bakom spiralformade flytande kristaller på deras molekylära spegelbilder, ungefär som en person inte kan lägga över sina två händer och få dem att matcha exakt utan att vända en. Molekyler med denna egenskap beskrivs som "kirala". Vissa material använder sig av principen om kiralitet för att rotera ljus i ett plan vinkelrätt mot ljusvågens riktning, känd som cirkulär polarisering. Att förstå hur sådant material fungerar kan hjälpa forskare att utveckla, till exempel, avancerad holografi eller optisk kodning.

Forskare har länge postulerat att spiralformade molekylära sammansättningar, när den är upplyst, emitterar cirkulärt polariserat ljus på ett rumsligt anisotropt sätt som beror på den tredimensionella morfologin och orienteringen av sammansättningarna. Dock, detta orienteringsantagande har inte slutgiltigt testats på molekylär nivå. Att göra det bör hjälpa forskare att utveckla förbättrade bildskärmar och bättre förstå de optiska principerna som ligger till grund för sådana bildskärmar.

I en studie som nyligen publicerades i Journal of the American Chemical Society , forskare från University of Tsukuba visade den rumsliga fördelningen av cirkulärt polariserat ljus som emitteras från en mikrosfärisk molekylär sammansättning som består av en kiral polymer.

"De ingående polymererna aggregerar spontant med varandra på ett spiralformigt sätt med en mikrosfärisk morfologi bara genom långsam diffusion av metanolånga till en kloroformlösning av den kirala polymeren, " förklarar professor Yohei Yamamoto, senior författare. "Detta är viktigt för att ge maximal makroskopisk ordning till polymeraggregaten, som är ouppnåeligt i lösning eller tunnfilmstillstånd."

Polariserad optisk mikroskopiavbildning av mikropartiklarna avslöjade den spiralformade, eller spiralliknande, strukturera. Från dessa mikroskopiska observationer, teamet drog slutsatsen att polymerens kiralitet i atomär skala definierade "handedness" eller riktningen av spiralstrukturen hos mikropartiklarna. Att plocka upp en enskild mikropartikel och observera den samtidigt som den roteras på olika sätt bekräftade denna slutsats.

"Den rumsliga fördelningen av den cirkulärt polariserade fluorescensen från individuella partiklar saknar väsentligen rotationssymmetri, ", säger professor Yamamoto. "Detta kan tillskrivas den tredimensionella anisotropa molekylära staplingen av polymeren som utgör mikropartiklarna."

Biologiska organismer använder ofta spiralformad stapling för att vika proteiner eller nukleinsyror - biologiska polymerer. Sådan vikning kan vara användbar i datoralgoritmer, drogleverans, och andra tekniker. Forskare kan inspireras av resultaten som rapporteras här för att införliva tredimensionell färgavläsning i objekt i nanoskala. Sålänge, Forskare har nu ett nytt mångsidigt verktyg för att studera hur man kan använda molekylstruktur för att förbättra de rumsliga egenskaperna hos datorskärmar, lasrar, och andra vardagliga tekniker.