Onderscheid maken tussen rechts- en linkshandige deeltjes met behulp van de kracht die door licht wordt uitgeoefend

Onderzoekers onderzochten de polarisatie-afhankelijkheid van de kracht die wordt uitgeoefend door circulair gepolariseerd licht (CPL) door optische trapping van chirale nanodeeltjes uit te voeren. Ze ontdekten dat links- en rechtshandige CPL verschillende sterktes van de optische gradiëntkracht op de nanodeeltjes uitoefenden, en dat de D- en L-vormdeeltjes onderhevig zijn aan verschillende gradiëntkracht door CPL. De huidige resultaten suggereren dat scheiding van materialen volgens hun handigheid van chiraliteit kan worden gerealiseerd door de optische kracht.

Chiraliteit is de eigenschap dat de structuur niet op zijn spiegelbeeld kan worden gelegd. Chirale materialen vertonen de karakteristieke eigenschap dat ze verschillend reageren op links- en rechtscirculair gepolariseerd licht. Wanneer materie wordt bestraald met sterk laserlicht, wordt er optische kracht op uitgeoefend. Theoretisch werd verwacht dat de optische kracht die op chirale materialen wordt uitgeoefend door links en rechts circulair gepolariseerd licht ook verschillend zou zijn.

De onderzoeksgroep van het Institute for Molecular Science en drie andere universiteiten gebruikten een experimentele techniek van optische trapping om de circulaire polarisatie-afhankelijke optische gradiëntkracht te observeren die wordt uitgeoefend op chirale gouden nanodeeltjes. Chirale gouden nanodeeltjes hebben een D-vorm (rechtshandig) of L-vorm (linkshandig) en het experiment werd met beide uitgevoerd.

Hoewel de optische gradiëntkracht die inwerkt op chirale nanodeeltjes theoretisch werd voorspeld, is er nog geen waarneming van de kracht gemeld. De onderzoeksgroep slaagde erin de optische gradiëntkracht te observeren die voortkomt uit de chiraliteit (dwz het verschil tussen de gradiëntkracht door links- en rechts-circulair gepolariseerd licht), door optische trapping van de chirale gouden nanodeeltjes.

De resultaten toonden aan dat de optische gradiëntkracht verschillend was voor D-vorm en L-vorm deeltjes. De onderzoekers vonden ook, uit de afhankelijkheid van de kracht op de golflengte van het gebruikte licht, dat er een voorheen onbekend effect is op het mechanisme van de chiraliteitsafhankelijke optische krachten.

De huidige studie verduidelijkte de kenmerken van de circulaire polarisatie-afhankelijke optische gradiëntkracht op de mechanica van chirale gouden nanodeeltjes. Het toont de mogelijkheid van scheiding van chirale materialen door de optische kracht, die kan worden gerealiseerd door lokaal beperkt licht te gebruiken dat wordt gegenereerd op nanostructuren om de materialen te vangen en/of door gebruik te maken van de optische kracht van andere mechanismen.

Het onderzoek is gepubliceerd in Wetenschappelijke vooruitgang.