Vänster hand ser ut som höger hand i spegeln men vänsterhanden passar inte på höger hand. Kiralitet hänvisar till denna egenskap där objektet inte kan läggas ovanpå spegelbilden. Denna egenskap i molekyler är en viktig faktor i läkemedelsforskning eftersom den kan göra droger toxiska.

Dessa molekyler och spegelsymmetriska molekyler har samma fysikaliska egenskaper och kan därför inte särskiljas med hjälp av allmän optisk analys. Istället måste polariserat ljus – som snurrar i olika riktningar – användas. Dessutom, när molekylstorleken är liten jämfört med ljusets våglängd, har den en mycket svag kiral interaktion mellan ljus och molekyler, vilket gör det svårt att mäta det.

En forskargrupp ledd av professor Junsuk Rho och Jungho Moon (Institutionen för maskinteknik och Institutionen för kemiteknik) vid POSTECH i samarbete med professor Ki Tae Nam och Dr. Hyeohn Kim (Institutionen för materialvetenskap och teknik) vid Seoul National University och professor Thomas Zentgraf (Institutionen för fysik) vid Paderborn University i Tyskland har tillsammans utvecklat en teknik för att öka kiraliteten mellan ljus och nanopartiklar med hjälp av metamaterialet, känt som det osynliga mantelmaterialet.

I allmänhet genereras en signal när ljus bestrålas på kirala nanopartiklar men dess intensitet är mycket svag. Därför måste flera nanopartiklar samlas in för att mäta medelsignalen. För att övervinna detta problem lyckades forskargruppen syntetisera ett artificiellt kiralt material med hjälp av metamaterial, vilket avsevärt stärkte signalen.

Forskargruppen mätte den kirala linjära spridningen och spridningen av den andra harmoniska generationen (SHG) av en nyutvecklad kiral nanopartikel. SHG är ett fenomen där ljus med två gånger frekvensen (2ω) av det infallande ljuset (ω, omega) genereras. De flesta kirala nanopartiklar avger en svag SHG-signal, vilket gör det svårt att mäta den.

SHG-signalen för de kirala nanopartiklarna som utvecklats av forskargruppen mättes vara upp till 10 gånger större än det linjära fallet. Detta gör det möjligt att mäta spegelsymmetrin hos en enskild nanopartikel med hög precision såväl som en mycket liten mängd kiralt material, och kan bidra till en noggrann strukturell analys av kirala nanopartiklar i framtiden.

Studien visas i ACS Photonics . + Utforska vidare

Forskare upptäcker kirala strukturer med hjälp av virvelljus