Международная группа исследователей создала новую световую структуру, названную «хиральный вихрь», что ознаменовало прорыв в нашем понимании взаимодействия света и материи. В частности, эта структура позволяет проще и точнее определять хиральность молекулы, что является фундаментальным аспектом разработки лекарств и передовых оптических технологий.
Отличительной особенностью хирального вихря является его способность взаимодействовать с хиральными молекулами, т.е существует две версии (левая или правая) молекулы, каждая из которых является зеркальным отражением другой. Эта новая форма света создается путем объединения двух лучей света с противоположной круговой поляризацией, образующих киральную кривую, которая меняет форму в зависимости от своего положения в пространстве. Электрическое поле этой формы света со временем принимает киральную кривую, образуя вихревые структуры, которые точно и стабильно взаимодействуют с киральными частицами.
Последствия этого открытия огромны. Путем более точного измерения хиральности молекул хиральные вихри могут улучшить процесс разработки лекарств, где хиральность играет важную роль. «Обычные измерения киральности затрудняют определение концентрации правых и левых молекул в почти равных количествах образцов. «С помощью нашего нового метода можно обнаружить небольшое превышение концентрации одного из зеркальных двойников, что может быть достаточно, чтобы изменить весь жизненный процесс», — сказала доктор Никола Мейер, постдокторант Института Макса Берна, в университетском пресс-релизе. Работа описана в журнале , проводилось командой Института Макса Борна в сотрудничестве с Королевским колледжем Лондона, Имперским колледжем Лондона и Университетом Триеста (Италия).
Применение в оптике и медицине
Хиральные вихри можно использовать в различных оптических приложениях: от оптических пинцетов до манипуляций с наноструктурами. Например, вихревые лучи с круговой поляризацией могут скручивать материалы на молекулярном уровне, образуя хиральные наноструктуры, передавая «спиральность» света материи, в частности, посредством «прямой записи» с помощью фемтосекундных лазеров.
Кроме того, этот новый свет позволяет быстрее и менее инвазивно обнаруживать хиральные биомаркеры, чем традиционные химические методы. Это связано с тем, что концепция кирального топологического света использует глобальные свойства вихревого света и высокую чувствительность синтетического кирального света.
Обратите внимание: Почему этот год будет прорывным для российской науки?.
Другими словами, вместо того, чтобы сосредоточиться на структуре света в пространстве, метод кодирует хиральность света во времени, создавая трехмерную кривую киральности во время лазерного цикла. Это позволяет генерировать сверхбыстрые нелинейные оптические сигналы, которые являются «энантиомерно чувствительными», то есть чувствительными к хиральным молекулам, с беспрецедентной точностью.Понимание хирального вихря
Новый метод преодолевает основное ограничение традиционных пучков, пространственный масштаб которых намного больше, чем у хиральных молекул. Используя вихревой луч для создания синтетического хирального источника света, исследователи теперь могут обнаруживать тонкие различия между так называемыми «правыми» и «левыми» молекулами даже в разбавленных смесях. Это открывает путь к приложениям в химии, биологии и даже квантовых вычислениях, где хиральность можно использовать для кодирования информации в кубитах.
«Сосредотачиваясь на обнаружении моделей вращения света, излучаемого молекулами, можно легче обнаружить и интерпретировать тонкие различия в киральности разбавленных образцов. Кроме того, благодаря вращательным свойствам разработанного нами лазерного луча результирующий сигнал является устойчивым в лаборатории киральности распространенные ошибки в экспериментах, такие как колебания интенсивности света, что позволяет большему количеству людей выполнять работу» Институт Макса Борна. Кроме того, эта технология однажды сможет увеличить вычислительную мощность квантовых компьютеров за счет увеличения объема данных, которые может переносить один «кубит».
На пути к рынку? Не совсем...
Хотя эта технология многообещающая, она также сталкивается с серьезными проблемами. Производство источников света, способных генерировать киральные вихри в коммерческих масштабах, потребует технологических достижений, которые в настоящее время недостижимы. Однако первые шаги, предпринятые исследовательской группой, весьма обнадеживают.
В частности, устойчивость полученных сигналов к вибрациям, типичным для хиральных лабораторных экспериментов, позволила им избежать ошибок, связанных с изменением интенсивности света в системе, что уже является очень хорошим началом. Теперь исследователи планируют продолжить изучение возможностей использования этой технологии.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.