Kiraalisuuden tutkiminen terahertsivalolla

Yksi tapa erottaa kiraaliset molekyylit on mittaamalla niiden vaste ympyräpolarisoituun valoon terahertsialueella (THz). Perinteiset THz-mittaukset kuitenkin keskiarvoistavat signaalin koko näytteen osalta, mikä tekee mahdottomaksi määrittää, miten kiraalisuus vaihtelee eri kohdissa.

Nyt japanilaisen Chiban ja Tohokun yliopiston tutkijat ovat osoittaneet, että tämä rajoitus voidaan voittaa, jolloin kiraalisuus voidaan visualisoida kaksiulotteisina kuvina, aivan kuten kiraalisuuden kartta materiaalissa.

Tutkimusryhmää johti Chiban yliopiston professori Katsuhiko Miyamoto

Mietimme, voisiko kiraalisuuden suora visualisointi kuvana tarjota syvempiä näkemyksiä, mikä motivoi meitä tekemään tätä tutkimusta", toetaa Miyamoto.

Saadakseen samaan materiaaliin erilaisia kiraalisuusalueita tutkijat rakensivat moiré-tyyppisen metapinnan pinoamalla mikroskooppisia hopealevykuvioita, joissa oli pieni siirtymä tai rotaatio. Nämä rakenteet valmistettiin mikrometrin mittakaavassa, jotta ne voisivat olla voimakkaassa vuorovaikutuksessa THz-valon kanssa. Suunnittelemalla päällekkäiset kuviot huolellisesti tutkijat loivat keinotekoisen pinnan, joka sisälsi sekä oikea- että vasenkätisiä kiertymisalueita, minkä ansiosta he pystyivät luomaan ja hallitsemaan erilaisia kiraalisia konfiguraatioita järjestelmässään.

Kun metapintaan kohdistettiin ympyräpolarisoituja THz-aaltoja, eri alueet reagoivat eri tavoin paikallisesta kiraalisuudestaan riippuen. Näin tutkijat pystyivät visualisoimaan suoraan, miten kiraalisuus vaihteli rakenteen eri osissa.

Uusi lähestymistapa kykeni ratkaisemaan kiraalisuusjakaumat spatiaalisesti noin 100 μm:n tarkkuudella. Tällaisia vuorottelevia oikea- ja vasenkätisen kiraalisuuden järjestelyjä yhden levyn sisällä ei ole koskaan havaittu suoraan perinteisillä mittaustekniikoilla, jotka keskiarvoistavat signaaleja koko näytteen yli.

"Onnistuimme visualisoimaan eri kiraalisuuksien rinnakkaiselon ensimmäistä kertaa maailmassa. Näiden löydösten odotetaan löytävän sovelluksia seuraavan sukupolven materiaalien laadunarvioinnissa, biomolekyylirakenteiden analysoinnissa ja uusien THz-laitteiden kehittämisessä", sanoo professori Miyamoto.

Nanoteknologian edistyessä mahdollistaen yhä kehittyneempiä kiraalisia materiaaleja, ehdotettu menetelmä voisi tarjota luotettavan tavan tutkia, toimivatko nämä rakenteet tarkoitetulla tavalla vahingoittamatta materiaalia.

Aiheesta aiemmin:

Kiraalinen kvanttitila topologisessa materiaalissa

Kiraalisen suprajohtavuuden sormenjälki

Kaarevat neutronisäteet voivat tuoda etuja teollisuudelle