Metamateriale forbedrer signifikant chirale nanopartikelsignaler

Venstre hånd ligner højre hånd i spejlet, men venstrehåndshandsken passer ikke på højre hånd. Kiralitet refererer til denne egenskab, hvor objektet ikke kan overlejres på spejlbilledet. Denne egenskab i molekyler er en vigtig faktor i farmaceutisk forskning, da den kan gøre lægemidler giftige.

Disse molekyler og spejlsymmetriske molekyler har de samme fysiske egenskaber og kan derfor ikke skelnes ved hjælp af generel optisk analyse. I stedet skal polariseret lys - der spinder i forskellige retninger - bruges. Når molekylstørrelsen er lille sammenlignet med lysets bølgelængde, har den desuden en meget svag chiral interaktion mellem lys og molekyler, hvilket gør det vanskeligt at måle det.

Et forskerhold ledet af professor Junsuk Rho og Jungho Moon (Institut for Mekanisk Teknik og Institut for Kemiteknik) ved POSTECH i samarbejde med professor Ki Tae Nam og Dr. Hyeohn Kim (Afdeling for Materialevidenskab og Teknik) ved Seoul National University og professor Thomas Zentgraf (Department of Physics) ved Paderborn Universitet i Tyskland har sammen udviklet en teknologi til at øge chiraliteten mellem lys og nanopartikler ved hjælp af metamaterialet, kendt som det usynlige kappemateriale.

Generelt genereres et signal, når lys bestråles på chirale nanopartikler, men dets intensitet er meget svag. Derfor skulle der indsamles flere nanopartikler for at måle det gennemsnitlige signal. For at overvinde dette problem lykkedes det for forskerholdet at syntetisere et kunstigt chiralt materiale ved hjælp af metamaterialer, hvilket væsentligt styrkede signalet.

Forskerholdet målte chiral lineær spredning og anden harmonisk generation (SHG) spredning af en nyudviklet chiral nanopartikel. SHG er et fænomen, hvor lys med dobbelt frekvens (2ω) af det indfaldende lys (ω, omega) genereres. De fleste chirale nanopartikler udsender et svagt SHG-signal, hvilket gør det svært at måle det.

SHG-signalet fra de chirale nanopartikler udviklet af forskerholdet blev målt til at være op til 10 gange større end det lineære tilfælde. Dette gør det muligt at måle spejlsymmetrien af ​​en enkelt nanopartikel med høj præcision samt en meget lille mængde chiralt materiale og kan bidrage til den nøjagtige strukturelle analyse af chirale nanopartikler i fremtiden.

Undersøgelsen vises i ACS Photonics . + Udforsk yderligere

Forskere detekterer chirale strukturer ved hjælp af vortexlys