英国研究人员模拟手性纳米结构转换新过程

英国研究人员模拟手性纳米结构转换新过程

英国研究人员最近模拟了手性分子在从左手性向右手性状态转换或者相反过程中，光与手性分子之间的相互作用。这项研究不仅揭示了手性分子转换过程中的新现象，还为电子通信组件的设计提供了新的思路。

一种手性分子通过各种结构从一种手性向另一种手性转换。图片来源：Ventsislav Valev和Joel Collins。

来自英国巴斯大学的一个研究小组与伦敦大学学院的研究人员合作，构造了一种能够代表35个阶段的“人造分子”，以便从一种手性到另一种手性进行转换。人造分子的形状影响纳米级的光学性质。研究人员使用扭曲的激光来研究每个阶段分子的光学特性。

研究员Joel Collins表示：“我们能够通过两条不同的路线还原手性人造分子的特性，这在之前没有人这样做过。令人惊讶的是，我们发现每条路线都会导致不同的分子行为，我们测量了左旋和右旋圆偏振光吸收的差异，被称为圆二色性（CD）。我们沿着其中一条路线进行观察，发现人造分子的行为与预期的一样，随着圆二色性的逐渐减少以至圆二色性发生逆转，成为镜像结构。然而，在第二条路线上，圆二色性甚至在结构改变之前就反转了几次。”

由于缺乏镜像对称性，手性纳米结构允许扭曲的电场“热点”在材料表面形成。这些热点强烈依赖于光学波长和纳米结构几何形状。研究人员表示，了解这些手性热点的性质对于其应用至关重要，例如增强与手性分子的光学相互作用。

研究员Ventsislav Valev表示：“在化学方法中不能调整手性分子的扭曲，所以研究这种分子的每个科学家都需要调整光的波长，我们已经展示了一种新的互补物理效应，调整手性人造分子的扭曲。在很多情况下，例如当我们设计电信元件时，光波长都是预先确定的，因此我们的方法更实用。”

等离子体纳米结构已经证明了研究人员能够以自然界从未观察到的方式控制光的能力，因为光学响应与其灵活的几何设计密切相关。手性分子从一种手性转变为另一种手性时的分析可以进一步优化等离子体手性材料。

该研究发表于Advanced Optical Materials。