Chiralitetsassisteret lateral momentumoverførsel til tovejs enantioselektiv separation

Lysbærende fotonmomentum kan skubbe og trække mikropartikler gennem impulsudveksling. Denne momentumudvekslingsproces genererer optiske kræfter, som enten tiltrækker (konventionel optisk pincet), skubber (strålingskraft) eller trækker (trækkraft) mikropartikler. En ny spirende forskningsinteresse, optisk sidekraft, som repræsenterer den optiske kraft vinkelret på udbredelsesretningen af ​​en ikke-gradientstråle har tiltrukket sig stor opmærksomhed. Den laterale kraft kan genereres ved hjælp af achirale partikler gennem omdannelsen af ​​spin og orbital momentum af en cirkulært polariseret stråle. Det forudsiges også, at en chiral nanopartikel placeret over en overflade kan generere den laterale kraft ved hjælp af en planbølge-excitation. Imidlertid, der er få demonstrationer af den chiralitetsafhængige laterale kraft, og partiklerne anvendt i den teoretiske forudsigelse er 100 nm, hvilket har begrænsede anvendelser. Udover, teorien om optisk lateral kraft på større partikler (størrelse ~ bølgelængde) mangler.

I et nyt blad udgivet i Lysvidenskab og applikationer , forskere designet et eksperiment for at demonstrere den chiralitetsafhængige optiske laterale kraft. De syntetiserer mikropartikler med stærk chiralitet og flyder dem ved grænsefladen mellem luft og vand. Efter belysning med en skråt indfaldende lineært polariseret stråle, chirale mikropartikler med forskellig håndhed (venstre og højre) vil bevæge sig i modsatte retninger. Interessant nok, de finder i teorien, at den optiske laterale kraft kunne vende tegn med forskellig lyspolarisering og indfaldsvinkel, chiralitetsværdi og partikelstørrelse. De udviklede også spændende modeller i perspektivet af momentumoverførsel for at uddybe denne optiske laterale kraft. Den rapporterede metode og teknik vil åbne nye veje for fremtidig direkte detektion og sortering af mikropartikler med umærkelige kemiske forskelle og inspirere til udforskning af optiske fænomener med lys-stof-interaktioner.

Den eksperimentelle opsætning er let, kræver kun en s- eller p-polariseret laserstråle og fokuserer den til en elliptisk form ved hjælp af to cylindriske linser. De chirale mikropartikler flyder ved grænsefladen mellem luft og vand i en mikrobrønd fremstillet ved hjælp af blød litografi. Denne konfiguration giver mange muligheder for at sondere spændende optisk fysik, såsom spin-orbitale interaktioner, chiralitetssansning, etc.

Disse videnskabsmænd opsummerer deres arbejde som:

"Vi designede det første eksperiment med chiralitetsassisteret optisk lateral kraft på Mie chirale partikler (størrelse ~ bølgelængde) til enantioselektiv separation. Nylige undersøgelser om enantioselektiv separation og chirale partikler fokuserer på de meget store partikler (geometrisk optik region, størrelse> bølgelængde) på grund af grænsen for partikelsynteseprocedure og eksisterende teorier. Vi demonstrerede, for første gang, robust tovejs sortering af Mie chirale partikler, og det første eksempel på reversible optiske laterale kræfter, som vi mener er et væsentligt supplement til fællesskabet af optik såvel som optiske manipulationer. Vores teori studerer afhængigheden af ​​de reversible optiske laterale kræfter med partikelstørrelse, indfaldsvinkel, og polarisering af lys. Sammenlignet med tidligere ikke-reverserende optisk lateral kraft, Mie chirale partikler er ret unikke og ikke-trivielle, og de har nogle spændende egenskaber. Også, vi uddyber den optiske laterale kraft fra perspektivet af momentumoverførsel, hvilket er en ligetil måde at manifestere den optiske laterale kraft på."

"Vores metode er indsigtsfuld og nyttig til demonstration af ekstraordinære kræfter, da den udelukker de optiske gradientkræfter i konventionelle optiske pincet. Den hjælper med at komplementere området for optiske sidekræfter i både teori og eksperimenter. Den præsenterede teknik kan bruges til kontaktløs overvågning af håndfastheden af ​​de chirale partikler, som findes bredt i lægemiddelindustrien og biomaterialer uden testning med kemiske eller biologiske metoder, Dr. Yuzhi Shi og Prof. Cheng-Wei Qiu tilføjede.