Een onderzoeksgroep van het Institute for Molecular Science heeft met succes de links- en rechtshandigheid van materiaalstructuren op nanoschaal waargenomen door chirale gouden nanostructuren te verlichten met circulair gepolariseerd licht en de optische kracht te detecteren die inwerkt op een sonde nabij de nanostructuren. Dit resultaat toonde aan dat het mogelijk is om de chirale structuur van materie op nanoschaal te analyseren met behulp van licht.

Chiraliteit beschrijft de eigenschap dat een materiële structuur niet over het spiegelbeeld heen kan worden gelegd. Omdat de linker- en rechterhand, die spiegelbeelden van elkaar zijn, niet samenvallen (ze zijn niet hetzelfde), zijn ze chiraal.

Chirale objecten kunnen worden onderscheiden door rechts- of linkshandigheid. Veel stoffen waaruit het leven bestaat, zijn chiraal, en vaak bestaat er van nature slechts één van de rechts- of linkshandigheid. Ook bij nieuwe functionele materialen speelt hun chirale aard vaak een belangrijke rol voor de functies.

Eén kenmerk van dergelijke chirale materialen is dat ze verschillende reacties vertonen op rechts- en links-circulair gepolariseerd licht, bekend als het chiro-optische effect. Observatie van het chiro-optische effect op nanoschaal, dat optreedt in de buurt van een chirale stof, was echter tot nu toe nog niet gerealiseerd.

In deze studie werd het chiro-optische effect op nanoschaal waargenomen met behulp van foto-geïnduceerde krachtmicroscopie onder optische krachtmodus (OF-PiFM), die de optische kracht detecteert die wordt uitgeoefend op de punt nabij het verlichte object. Hoewel theoretisch werd aangenomen dat het chiro-optische effect op nanoschaal kon worden waargenomen met behulp van OF-PiFM, waren er geen feitelijke waarnemingen gerapporteerd. Het artikel is gepubliceerd in het tijdschrift Nano Letters .

De onderzoeksgroep heeft met succes het chiro-optische effect op nanoschaal waargenomen door de optische kracht te detecteren die op de sonde wordt geïnduceerd nabij de chirale gouden nanostructuur, verlicht met rechts- en links-circulair gepolariseerd licht met behulp van OF-PiFM.

Als monster om de effectiviteit van deze methode te verifiëren, gebruikte de onderzoeksgroep gammadionvormige gouden nanostructuren.

Als gevolg van het in beeld brengen van de gammadion-structuren met OF-PiFM werden verschillende beelden verkregen bij verlichting met rechts-circulair gepolariseerd licht in vergelijking met links-circulair gepolariseerd licht.

Deze resultaten verduidelijken dat lokale rechts- of linkshandigheid op nanoschaal kan worden onderscheiden en waargenomen met behulp van OF-PiFM met circulair gepolariseerd licht.

Meer informatie: Junsuke Yamanishi et al., Nanoscopische observatie van chiro-optische kracht, Nano Letters (2023). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c02534

Journaalinformatie: Nanobrieven

Aangeboden door Nationale Instituten voor Natuurwetenschappen