Моделирование взаимодействия света с витыми молекулами

. В качестве первой попытки исследователи разработали метод моделирования взаимодействия между скрученными молекулами и светом, когда молекулы переходят от левых к правым версиям или наоборот. Переходные формы обеспечивают глубокое знание материальных симметрий, а их непредвиденные атрибуты могут привести к усиленному дизайну телекоммуникационных компонентов.

Взгляд хиральной молекулы, движущейся через различные конфигурации при переходе от одной руки к другой. (Image credit: Ventsislav Valev and Joel Collins)

Несколько молекул, включая ценные химические вещества и важные фармацевтические препараты, встречаются в двух «хиральных» формах – с той же химической структурой, что и зеркальные изображения, или левые и правые формы. Это может изменить их характеристики и, таким образом, играет важную роль в получении полного знания о взаимодействии соединения с другими молекулами или светом.

Характерно, что исследователи могли изучать только левую или правую киральную форму, но ничего промежуточного; но в принципе исследователи хотели бы постепенно превращать форму от однорукости к другой и видеть, как последствия этого изменения переходят в физические свойства.

В настоящее время исследователи из Физического факультета Университета Бата сотрудничают с исследователями Лондонского колледжа Лондона, Бельгии и Китая, чтобы разработать способ достижения этого.

В рамках своей новой техники изготавливаются металлические «искусственные молекулы» нанометрового масштаба, которые представляют собой 35 промежуточных ступеней на пути к геометрической трансформации, от однорукости к другой. В этой наномасштабной форме искусственная молекула оказывает влияние на ее оптические свойства; следовательно, с помощью скрученного лазерного излучения исследователи проанализировали свойства различных стадий, когда искусственные молекулы превратились из левого и правого.

По словам аспиранта Джоэла Коллинза, « Мы смогли следить за свойствами хиральной искусственной молекулы, поскольку она была превращена из левой-правой формы через два разных маршрута. Никто этого не делал раньше. Удивительно, но мы обнаружили, что каждый маршрут ведет к другому поведению .

« Мы измерили разницу в поглощении левого и правого кругополяризованного света, известного как круговой дихроизм (CD). По одному маршруту искусственные молекулы ведут себя так, как и следовало ожидать, с постепенным уменьшением CD и, в конечном счете, разворачиванием CD для зеркальной структуры. Однако по второму маршруту CD несколько раз менялся, даже до того, как структура изменила ручность ».

Исследование было опубликовано в журнале Advanced Optical Materials .

Д-р Ventsislav Valev, возглавлявший исследование, заявил, что « Это на самом деле очень изящная идея, но это стало возможным благодаря недавним достижениям в области нанообработки »

« В химии вы не можете настроить твист хиральной молекулы, поэтому каждый ученый, изучающий такие молекулы, должен настраивать длину волны света. Мы продемонстрировали новый, дополняющий физический эффект, где мы фиксируем длину волны и настраиваем завихрение хиральной искусственной молекулы. Во многих случаях наш подход более практичен; например, когда мы разрабатываем телекоммуникационные компоненты, где оптическая длина волны предварительно определена ».

Королевское общество и научно-исследовательский совет по инженерным и физическим наукам финансировали исследование.

Source link