Kiro-optisk kraft observeret på nanoskala

En forskergruppe ved Institut for Molekylær Videnskab har med succes observeret venstre- og højrehåndethed af materialestrukturer på nanoskala ved at belyse chirale guldnanostrukturer med cirkulært polariseret lys og detektere den optiske kraft, der virker på en sonde nær nanostrukturerne. Dette resultat viste, at det er muligt at analysere den chirale struktur af stof på nanoskala ved hjælp af lys.

Kiralitet beskriver egenskaben ved, at en materiel struktur ikke kan overlejres på sit spejlbillede. Da venstre og højre hånd, som er spejlbilleder af hinanden, ikke falder sammen (de er ikke ens), er de chirale.

Chirale objekter kan skelnes til højre- eller venstrehåndethed. Mange stoffer, der udgør livet, er chirale, og ofte eksisterer kun en af ​​enten højre- eller venstrehåndetheden naturligt. Også i nye funktionelle materialer spiller deres chirale natur ofte en vigtig rolle for funktionerne.

Et kendetegn ved sådanne chirale materialer er at udvise forskellige reaktioner på højre- og venstre-cirkulært polariseret lys, kendt som den chiro-optiske effekt. Imidlertid var observation af den kiro-optiske effekt på nanoskala, der forekommer nær et chiralt stof, ikke blevet realiseret indtil nu.

I denne undersøgelse blev den kiro-optiske effekt på nanoskalaen observeret ved at bruge fotoinduceret kraftmikroskopi under optisk krafttilstand (OF-PiFM), som detekterer den optiske kraft, der udøves på spidsen nær det belyste objekt. Selvom det teoretisk blev anset for, at den kiro-optiske effekt på nanoskala kunne observeres ved hjælp af OF-PiFM, var der ikke rapporteret nogen faktiske observationer. Artiklen er publiceret i tidsskriftet Nano Letters .

Forskergruppen observerede med succes den kiro-optiske effekt på nanoskala ved at detektere den optiske kraft induceret på sonden nær den chirale guld nanostruktur belyst med højre- og venstre-cirkulært polariseret lys ved hjælp af OF-PiFM.

Som en prøve til at verificere effektiviteten af ​​denne metode brugte forskergruppen en gammadion-formet guld nanostruktur.

Som et resultat af billeddannelse af gammadion-strukturerne med OF-PiFM blev der opnået forskellige billeder ved belysning med højre-cirkulært polariseret lys sammenlignet med venstre-cirkulært polariseret lys.

Disse resultater tydeliggør, at lokal højre- eller venstrehåndethed på nanoskalaen kan skelnes og observeres ved hjælp af OF-PiFM med cirkulært polariseret lys.

Flere oplysninger: Junsuke Yamanishi et al, Nanoscopic Observation of Chiro-Optical Force, Nano Letters (2023). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c02534

Journaloplysninger: Nanobreve

Leveret af National Institutes of Natural Sciences