En forskargrupp vid Institutet för molekylär vetenskap har framgångsrikt observerat vänster- och högerhänthet hos materialstrukturer på nanoskala, genom att belysa kirala guldnanostrukturer med cirkulärt polariserat ljus och detektera den optiska kraften som verkar på en sond nära nanostrukturerna. Detta resultat visade att det är möjligt att analysera materiens kirala struktur på nanoskala med hjälp av ljus.
Kiralitet beskriver egenskapen att en materiell struktur inte kan läggas över sin spegelbild. Eftersom vänster och höger händer, som är spegelbilder av varandra, inte sammanfaller (de är inte samma), är de kirala.
Kirala objekt kan särskiljas till höger- eller vänsterhänthet. Många ämnen som utgör liv är kirala, och ofta finns bara en av antingen höger- eller vänsterhänthet naturligt. Även i nya funktionella material spelar deras kirala natur ofta en viktig roll för funktionerna.
En egenskap hos sådana kirala material är att uppvisa olika svar på höger- och vänstercirkulärt polariserat ljus, känt som den kiro-optiska effekten. Observation av den kiro-optiska effekten på nanoskala, som inträffade nära ett kiralt ämne, hade dock inte realiserats förrän nu.
I denna studie observerades den kiro-optiska effekten på nanoskala genom att använda fotoinducerad kraftmikroskopi under optisk kraftläge (OF-PiFM), som detekterar den optiska kraften som utövas på spetsen nära det upplysta objektet. Även om det teoretiskt ansågs att den kiro-optiska effekten på nanoskala kunde observeras med OF-PiFM, hade inga faktiska observationer rapporterats. Uppsatsen är publicerad i tidskriften Nano Letters .
Forskargruppen observerade framgångsrikt den kirooptiska effekten på nanoskala genom att detektera den optiska kraften som induceras på sonden nära den kirala guldnanostrukturen upplyst med höger- och vänstercirkulärt polariserat ljus med hjälp av OF-PiFM.
Som ett prov för att verifiera effektiviteten av denna metod använde forskargruppen en gammadion-formad guld nanostruktur.
Som ett resultat av avbildning av gammadionstrukturerna med OF-PiFM erhölls olika bilder vid belysning med högercirkulärt polariserat ljus jämfört med vänstercirkulärt polariserat ljus.
Dessa resultat klargör att lokal höger- eller vänsterhänthet på nanoskala kan särskiljas och observeras med OF-PiFM med cirkulärt polariserat ljus.
Mer information: Junsuke Yamanishi et al, Nanoscopic Observation of Chiro-Optical Force, Nano Letters (2023). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c02534
Journalinformation: Nanobokstäver
Tillhandahålls av National Institutes of Natural Sciences
