Een wetenschapper wil misschien radslagen maken als hij een ontdekking doet, maar deze keer berust de ontdekking zelf op radslagen.

Onderzoekers van de Rice University hebben details ontdekt over een nieuw type gepolariseerde licht-materie-interactie met licht dat letterlijk overeind gaat als het zich voortplant vanuit een bron. Hun vondst zou kunnen helpen bij het bestuderen van moleculen zoals die in lichtoogstantennes waarvan wordt verwacht dat ze een unieke gevoeligheid voor het fenomeen hebben.

De onderzoekers observeerden het effect dat ze trochoïdaal dichroïsme noemen in het licht dat wordt verstrooid door twee gekoppelde dipoolverstrooiers, in dit geval een paar dicht bij elkaar liggende plasmonische metalen nanostaafjes, toen ze opgewonden waren door het licht van de radslag.

De lichtpolarisatie die de onderzoekers gebruikten, verschilt fundamenteel van de lineaire polarisatie die zonnebrillen laat werken en kurkentrekkerachtig circulair gepolariseerd licht dat wordt gebruikt in circulair dichroïsme om de conformatie van eiwitten en andere kleine moleculen te bestuderen.

In plaats van een spiraalvorm aan te nemen, het veld van licht is plat terwijl het radslagen maakt - met de klok mee of tegen de klok in - weg van de bron als een rollende hoelahoep. Dit type lichtpolarisatie, trochoïdale polarisatie genoemd, eerder is waargenomen, zei Rice afgestudeerde student en hoofdauteur Lauren McCarthy, maar niemand wist dat plasmonische nanodeeltjes konden worden gebruikt om te zien hoe het rolde.

"Nu weten we hoe trochoïdale polarisaties zich verhouden tot bestaande licht-materie-interacties, " zei ze. "Er is een verschil tussen het begrijpen van het licht en zijn fysieke eigenschappen en het begrijpen van de invloed van licht op materie. De differentiële interactie met materie, op basis van de geometrie van het materiaal, is het nieuwe stuk hier."

De ontdekking door het Rice-lab van chemicus Stephan Link wordt gedetailleerd beschreven in de Proceedings van de National Academy of Sciences .

De onderzoekers waren niet specifiek op zoek naar trochoïdaal dichroïsme. Ze genereerden een verdwijnend veld in een techniek die ze ontwikkelden om chirale gouden nanodeeltjes te bestuderen om te zien hoe ruimtelijk beperkt, links- en rechtshandig circulair gepolariseerd licht interageerde met materie. Vrij verspreidende circulair gepolariseerde lichtinteracties zijn de sleutel tot verschillende technologieën, inclusief 3D-bril gemaakt van materialen die onderscheid maken tussen tegengestelde lichtpolarisaties, maar worden niet zo goed begrepen wanneer licht beperkt is tot kleine ruimtes op interfaces.

In plaats van het eerder gebruikte circulair gepolariseerde licht, de auteurs veranderden de polarisatie van invallend licht die werd gebruikt om een ​​verdwijnend veld te genereren met radslaggolven. De onderzoekers ontdekten dat de trochoïdale polarisaties met de klok mee en tegen de klok in een verschillende wisselwerking hadden met paren plasmonische nanostaafjes die op 90 graden van elkaar waren georiënteerd. specifiek, de golflengten van het licht dat de nanostaafparen verstrooiden veranderden toen de trochoïdale polarisatie veranderde van rechtsom naar linksom, wat een kenmerk is van dichroïsme.

"Trochoïdale golven zijn besproken, en verschillende groepen hebben hun eigenschappen en toepassingen onderzocht, "Zei McCarthy. "Echter, zo ver we weten, niemand heeft opgemerkt dat de geometrie van een materiaal differentiële interacties mogelijk maakt met trochoïdale golven tegen de klok in versus met de klok mee."

Moleculen interageren met licht via hun elektrische en magnetische dipolen. De onderzoekers merkten op dat moleculen met elektrische en magnetische dipolen die loodrecht op elkaar staan, net als bij de 90-graden nanodeeltjes, hebben ladingsbeweging die in het vlak roteert wanneer ze worden opgewonden. Trochoïdaal dichroïsme kan worden gebruikt om de richting van deze rotatie te bepalen, die moleculaire oriëntatie zou onthullen.

Spannende zelf-geassembleerde gouden nanostaafjes dimeren onthulden ook subtiele trochoïdale dichroïsme-effecten, waaruit blijkt dat het fenomeen niet beperkt is tot strikt gefabriceerde nanodeeltjes die op 90 graden zijn gerangschikt.

"Na al lange tijd te hebben gewerkt met gepolariseerd licht dat in wisselwerking staat met plasmonische nanostructuren, de huidige ontdekking is zeker in meerdere opzichten bijzonder, "Zei Link. "Het vinden van een nieuwe vorm van interactie tussen gepolariseerd licht en materie is op zichzelf al opwindend. Even lonend was het proces van de ontdekking, Hoewel, als Lauren en mijn voormalige student, Kyle Smit, dwong me om hun resultaten bij te houden. Uiteindelijk was het echt teamwerk van alle co-auteurs waar ik erg trots op ben."