Morphing snoede nanoskalaobjekter til at skræddersy applikationer i fremtidige teknologier

For første gang har forskere skabt en måde at modellere interaktionen mellem lys og snoede molekyler på, da disse molekyler går fra venstre- til højrehåndede versioner, eller omvendt. Overgangsformerne giver en dybere indsigt i materialesymmetrier, og deres uventede adfærd kan føre til forbedret design af telekomkomponenter.

Mange molekyler, herunder vigtige lægemidler og værdifulde kemikalier, findes i to "chirale" former - de har den samme kemiske struktur arrangeret i spejlbilleder, betegnet venstrehåndede og højrehåndede formularer. Dette kan ændre deres egenskaber og er derfor vigtigt for fuldt ud at forstå, hvordan forbindelsen interagerer med andre molekyler, eller lys.

Typisk, det har kun været muligt at studere enten den venstre- eller højrehåndede chirale form, men intet derimellem, Men ideelt set vil videnskabsmænd gerne gradvist ændre en form fra den ene hånd til den anden og observere, hvordan virkningerne af denne ændring omsættes til fysiske egenskaber.

Nu er et forskerhold fra Institut for Fysik ved University of Bath, arbejde med kolleger på University College London, Belgien og Kina, har skabt en måde at gøre præcis det på.

Deres unikke metode involverer fremstilling af metalliske "kunstige molekyler" i nanoskala, der repræsenterer 35 mellemstadier undervejs i en geometrisk transformation, fra den ene hånd til den anden. På denne nano-skala, formen af ​​det kunstige molekyle påvirker dets optiske egenskaber, så ved at bruge snoet laserlys studerede holdet egenskaberne af de forskellige stadier, da de kunstige molekyler forvandlede sig fra venstre- til højrehåndethed.

Ph.d.-studerende Joel Collins sagde:"Vi var i stand til at følge egenskaberne af et chiralt kunstigt molekyle, da det blev omdannet fra venstre- til højrehåndet form, gennem to forskellige ruter. Ingen har gjort dette før. Overraskende nok, vi fandt ud af, at hver rute fører til forskellig adfærd.

"Vi målte forskellen i absorption af venstre og højre cirkulært polariseret lys, kendt som cirkulær dikroisme (CD). Langs den ene rute, de kunstige molekyler opfører sig som forventet, med gradvist faldende cd, og til sidst en vending af cd'en, for den spejlede struktur. Imidlertid, langs den anden rute, cd'en vendt flere gange, selv før strukturen ændrede håndethed. "

Forskningen er publiceret i tidsskriftet Avancerede optiske materialer .

Dr. Ventsislav Valev, der ledede forskningen, sagde:"Dette er faktisk en meget elegant idé, men det er kun blevet en mulighed takket være de seneste fremskridt inden for nanofabrikation.

"I kemi, du kan ikke tune drejningen af ​​et chiralt molekyle, så enhver videnskabsmand, der studerer sådanne molekyler, er nødt til at justere lysets bølgelængde. Vi har demonstreret en ny, komplementær fysisk effekt, hvor vi fikserer bølgelængden og tuner drejningen af ​​det chirale kunstige molekyle. I mange tilfælde, vores tilgang er mere praktisk; for eksempel, når vi designer telekomkomponenter, hvor den optiske bølgelængde er forudbestemt."