Voor het eerst hebben wetenschappers een manier gevonden om de interactie tussen licht en verwrongen moleculen te modelleren, als deze moleculen overgaan van links- naar rechtshandige versies, of vice versa. De overgangsvormen bieden een dieper inzicht in materiële symmetrieën en hun onverwachte gedrag zou kunnen leiden tot een verbeterd ontwerp van telecomcomponenten.

Veel moleculen, waaronder belangrijke farmaceutische producten en waardevolle chemicaliën, bestaan ​​in twee "chirale" vormen - ze hebben dezelfde chemische structuur gerangschikt in spiegelbeelden, linkshandige en rechtshandige vormen genoemd. Dit kan hun eigenschappen veranderen en is daarom belangrijk om volledig te begrijpen hoe de verbinding interageert met andere moleculen, of licht.

Typisch, het is alleen mogelijk geweest om de links- of rechtshandige chirale vorm te bestuderen, maar niets daartussenin, maar idealiter zouden wetenschappers een vorm geleidelijk van de ene handigheid naar de andere willen veranderen en zien hoe de effecten van deze verandering zich vertalen in fysieke eigenschappen.

Nu een onderzoeksteam van de afdeling Natuurkunde aan de Universiteit van Bath, werken met collega's van University College London, België en China, heeft een manier gecreëerd om precies dat te doen.

Hun unieke methode omvat de productie van metalen "kunstmatige moleculen" op nanoschaal die representatief zijn voor 35 tussenstadia langs de weg van een geometrische transformatie, van de ene handigheid naar de andere. Op deze nanoschaal de vorm van het kunstmatige molecuul beïnvloedt de optische eigenschappen ervan, dus met behulp van gedraaid laserlicht bestudeerde het team de eigenschappen van de verschillende stadia, terwijl de kunstmatige moleculen van links- naar rechtshandigheid veranderden.

Promovendus Joel Collins zei:"We waren in staat om de eigenschappen van een chiraal kunstmatig molecuul te volgen, zoals het werd veranderd van links- naar rechtshandige vorm, via twee verschillende routes. Niemand heeft dit eerder gedaan. Verrassend genoeg, we ontdekten dat elke route tot ander gedrag leidt.

"We hebben het verschil in absorptie van links en rechts circulair gepolariseerd licht gemeten, bekend als circulair dichroïsme (CD). Langs een traject, de kunstmatige moleculen gedragen zich zoals verwacht mag worden, met geleidelijk afnemende CD, en uiteindelijk een omkering van de cd, voor de spiegelstructuur. Echter, langs de tweede route, de cd meerdere keren omgedraaid, zelfs voordat de structuur van handigheid veranderde."

Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Geavanceerde optische materialen .

Dr. Ventsislav Valev, die het onderzoek leidde, zei:"Dit is eigenlijk een heel elegant idee, maar het is pas mogelijk geworden dankzij de recente vooruitgang in nanofabricage.

"In de chemie, je kunt de draaiing van een chiraal molecuul niet afstemmen, dus elke wetenschapper die dergelijke moleculen bestudeert, moet de golflengte van licht afstemmen. We hebben een nieuwe, complementair fysiek effect, waar we de golflengte bepalen en de draaiing van het chirale kunstmatige molecuul afstemmen. Vaak, onze aanpak is praktischer; bijvoorbeeld, als we telecomcomponenten ontwerpen, waar de optische golflengte vooraf is bepaald."