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光的波长可改变金属纳米级的“人造分子”手性

发布时间:2018-05-11 00:00 作者:中国化工信息网 阅读量:629

科学家们首次创造了一种建模的方法来模拟光和扭曲分子之间的相互作用,因为这些分子从左手型向右手型转变,反之亦然。而过渡形式提供了对材料对称性的深入了解,并且它们的异常行为可能会导致电信组件设计的改进。

一般来说,包括重要的药物和有价值的化学物质在内的许多分子都以这两种“手性”形式存在,它们在化学结构上镜像对称排列又不能完全重合,统称手性分子,分为左手性和右手性两类,左手性用learus或者L表示,右手性用dexter或者D表示,这两种分子互为同分异构体。这可以改变它们的性质,因此对于充分了解化合物如何与其他分子或光的相互作用十分重要。

通常情况下,研究只能从左手或右手手性形式入手,虽然两者之间没有任何关系,但在理想情况下,科学家们希望逐渐将从一类手性转变为另一手性,并观察这种变化对其物理性质的影响。

现在,巴斯大学物理系的研究小组与伦敦大学学院、比利时和中国大学的同事一起合作,开创了一种方法来实现这一设想。

这种独特创的方法是制造金属纳米级的“人造分子”,代表35个中间阶段,沿着几何变换的方式,从一类手性到另一手性。在这个纳米尺度下,人造分子的形状会影响其光学性质,因此通过使用扭曲激光,团队研究了各个阶段的不同性质,人造分子也从左手性变为右手性。

博士生Joel Collins谈到:“我们能够追踪手性人造分子的特性,是因为它是从左到右的形式,通过两条不同的路线演变而来。之前没有人这样做过,我们很惊讶地发现每条路线都会导致不同的行为。”

“我们测量了左旋和右旋圆偏振光的吸收差异,称为圆二色性(circular dichroism:CD;—— 由于包含发色团的分子的不对称性,而引起左右两圆偏振光具有不同的光吸收的现象)。沿着一条路线,人造分子的行为与预期的一样,对于镜像结构而言,随着CD的逐渐减少,最终发生了CD的反转;然而,在第二条路线上,即使在结构改变了手性之前,CD也会反转几次。”

该研究发表在《Advanced Optical Materials》杂志上(原文题目“Enantiomorphing Chiral Plasmonic Nanostructures:A Counterintuitive Sign Reversal of the Nonlinear Circular Dichroism”)。

此外,负责该研究的Ventsislav Valev博士说:“这实际上是一个非常理想的想法,但由于纳米加工的最新进展,也或许会成为可能。在化学中,由于不能调整手性分子的扭曲,所以研究这种分子的科学家都需要调节光的波长。目前,我们已经证实了一种新的、互补的物理效应,由此我们可以固定波长并调节扭曲的手性人造分子。在很多情况下,我们的方法更实用。例如,当设计电信元件时,光波长是预先确定好的。”

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