物理学家开发了检测手性分子的新概念

与传统的镜子相比，光可以在称为超表面的表面上反射，而不改变其偏振。这一现象现已被埃尔兰根-纽伦堡弗里德里希·亚历山大大学 (FAU) 和马克斯·普朗克光科学研究所 (MPL) 的物理学家证明。这一发现使得循环光能够用于可靠地检测手性分子。

研究人员已在《物理评论快报》杂志上发表了他们的研究成果。

手性分子在自然界中经常出现。它们被称为对映异构体，是镜像双胞胎，就像人类的右手和左手一样。 “对映体通常具有相同的功能，”Michael Reitz 博士说道，他于 2023 年在 Claudiu Genes 博士领导的 MPL 研究小组中获得了博士学位。 “然而，它们可以产生完全不同的效果，特别是当它们与其他手性分子接触时。”

这可能会产生严重影响，例如在药理学方面。虽然其中一种对映体可能可以治愈某种疾病，但另一种对映体可能对身体有害。

因此，精确检测和区分手性分子的能力尤其令人感兴趣，不仅在药理学研究中。光是研究的理想候选者，因为光子本身也可以是手性的。 “产生螺旋形的光是有可能的，”克劳迪乌基因联合博士生、MPL 合作量子现象独立研究小组组长 Nico Bassler 和理论 Kai Phillip Schmidt 教授解释道。 FAU 物理 V。 “根据螺旋转动的方向，它与左手或右手对映体相互作用。”

然而，为了最大化这种相互作用，光场必须在空间上受到限制，例如通过在两个镜子之间循环来实现。这里的问题是，当光使用传统的镜子反射时，它会改变它的偏振——然后螺旋向相反的方向旋转，并会与“错误的”对映体相互作用。

用作镜子的双层原子

FAU 和 MPL 的物理学家用一个新颖的概念解决了这个问题：他们不使用传统的镜子，而是使用由双层原子组成的超表面。 “我们将两个单层原子堆叠结合在一起，每个原子都具有电偶极矩，”基因解释道。 “偶极矩可以视为沿轴的电荷方向。”

超表面功能的决定性因素是原子堆叠的正交方向，即确保它们彼此成 90 度。 “这个来自量子物理领域的技巧意味着光子被反射，但仍然保持其偏振，”凯·菲利普·施密特教授解释说。

这使得一种全新类型的手性传感器成为可能：当封闭在非常小的空间中的两个超表面之间时，循环光可以可靠地且以极高的灵敏度检测手性分子。研究人员预计他们的发现将有助于加快具有相关功能的材料的开发进程，特别是在生物化学和制药领域。