Forskare undersökte polarisationsberoendet av kraften som utövas av cirkulärt polariserat ljus (CPL) genom att utföra optisk infångning av kirala nanopartiklar. De fann att vänster- och högerhänt CPL utövade olika styrkor av den optiska gradientkraften på nanopartiklarna, och partiklarna i D- och L-form utsätts för olika gradientkrafter av CPL. De föreliggande resultaten tyder på att separation av material enligt deras kiralitetsgrad kan realiseras av den optiska kraften.

Kiralitet är egenskapen att strukturen inte kan läggas ovanpå sin spegelbild. Kirala material uppvisar den karakteristiska egenskapen att de reagerar olika på vänster- och högercirkulärt polariserat ljus. När materia bestrålas med starkt laserljus utövas optisk kraft på den. Det har förväntats teoretiskt att den optiska kraften som utövas på kirala material av vänster- och högercirkulärt polariserat ljus också skulle vara annorlunda.

Forskargruppen vid Institutet för molekylär vetenskap och tre andra universitet använde en experimentell teknik för optisk fångst för att observera den cirkulär-polarisationsberoende optiska gradientkraften som utövas på kirala guldnanopartiklar. Kirala guldnanopartiklar har antingen D-form (högerhänt) eller L-form (vänsterhänt) struktur, och experimentet utfördes med båda.

Även om den optiska gradientkraften som verkar på kirala nanopartiklar förutspåddes teoretiskt, har ingen observation av kraften rapporterats tidigare. Forskargruppen lyckades observera den optiska gradientkraften som härrör från kiraliteten (dvs skillnaden mellan gradientkraften av vänster- och högercirkulärt polariserat ljus), genom optisk infångning av de kirala guldnanopartiklarna.

Resultaten visade att den optiska gradientkraften var olika för partiklar i D-form och L-form. Forskarna fann också, från kraftens beroende av våglängden hos det använda ljuset, att det finns en tidigare okänd effekt på mekanismen för de kiralitetsberoende optiska krafterna.

Den föreliggande studien klargjorde egenskaperna hos den cirkulär-polarisationsberoende optiska gradientkraften på mekaniken hos kirala guldnanopartiklar. Den visar möjligheten att separera kirala material genom den optiska kraften, vilket kan realiseras genom att använda lokalt begränsat ljus som genereras på nanostrukturer för att fånga materialen och/eller genom att använda den optiska kraften från andra mekanismer.

Forskningen publicerades i Science Advances . + Utforska vidare

Kiralitetsassisterad lateral momentumöverföring för dubbelriktad enantioselektiv separation