Een nieuwe structuur van licht geproduceerd in het laboratorium: de spiraalvortex

Een internationaal onderzoeksteam heeft een nieuwe structuur van licht gecreëerd, een ‘spiraal’ genaamd, die een grote vooruitgang betekent in ons begrip van de interacties tussen licht en materie. Dankzij deze structuur kan de chiraliteit van moleculen gemakkelijker en nauwkeuriger worden gedetecteerd, een essentieel aspect van de ontwikkeling van geneesmiddelen en geavanceerde optische technologieën.

De chirale vortex wordt gekenmerkt door zijn vermogen om te interageren met chirale moleculen, dat wil zeggen moleculen die in twee versies bestaan ​​(linkshandig of rechtshandig), die elk een spiegelbeeld van de ander zijn. Deze nieuwe vorm van licht wordt geproduceerd door twee lichtbundels met tegengestelde circulaire polarisaties te combineren, waardoor een spiraalvormige curve ontstaat die van vorm verandert afhankelijk van de locatie in de ruimte. Het elektrische veld van deze vorm van licht volgt in de loop van de tijd een chirale curve en vormt een vortexstructuur die nauwkeurig en stabiel interageert met chirale deeltjes.

De implicaties van deze ontdekking zijn breed. Door een nauwkeurigere detectie van moleculaire decentralisatie mogelijk te maken, kan decentralisatie de ontwikkelingsprocessen voor geneesmiddelen verbeteren, waarbij decentralisatie een belangrijke rol speelt. ” Conventionele excentriciteitsmetingen hebben moeite met het bepalen van de concentratie van rechts- en linkshandige moleculen in monsters die ongeveer gelijke hoeveelheden van beide bevatten. Met behulp van onze nieuwe methode kan een kleine overmatige concentratie van beide spiegeltweelingen worden gedetecteerd, wat voldoende kan zijn om de loop van een leven te veranderen “, zegt Dr. Nicola Mayer, postdoctoraal onderzoeker aan het Max Born Instituut, in persbericht Van de universiteit. Het werk beschreven in het tijdschrift Natuur fotonicaHet werd uitgevoerd door een team van het Max Born Instituut in samenwerking met King’s College London, Imperial College London en de Universiteit van Triëst (Italië).

Toepassingen in de optica en geneeskunde

Chirale vortex kan in veel optische toepassingen worden gebruikt, van optisch pincet tot het manipuleren van nanostructuren. Circulair gepolariseerde vortexbundels kunnen bijvoorbeeld materialen op moleculair niveau vervormen om chirale nanostructuren te vormen, waardoor het ‘helikopterisme’ van licht naar materie wordt overgebracht, met name door ‘ Direct schrijven »Door femtoseconde-laser.

Bovendien maakt deze nieuwe vorm van licht de detectie van treponemale biomarkers sneller en minder invasief mogelijk in vergelijking met traditionele chemische methoden. In feite maakt het concept van topologisch spiraallicht gebruik van de universele eigenschappen van vortexlicht en de hoge gevoeligheid van kunstmatig spiraallicht. Met andere woorden: in plaats van zich te concentreren op de structuur van licht in de ruimte, codeert deze methode de asymmetrie van licht in de tijd, waardoor een ongrijpbare 3D-curve ontstaat in de loop van de lasercyclus. Dit maakt het mogelijk om ultrasnelle niet-lineaire optische signalen te verkrijgen die ‘lichtgevoelig’ zijn, dat wil zeggen gevoelig voor chirale moleculen, met een ongeëvenaarde precisie.

De spiraal begrijpen

Deze nieuwe methode overwint dus de grote beperkingen van conventionele fotonische bundels, waarvan de ruimtelijke schaal veel groter is dan de grootte van chirale moleculen. Door een kunstmatige spiraalvormige lichtbron te creëren met behulp van vortexbundels kunnen onderzoekers nu subtiele verschillen detecteren tussen zogenaamde “rechtshandige” en “linkshandige” moleculen, zelfs in verdunde mengsels. Dit opent de weg naar toepassingen in de chemie, biologie en zelfs quantum computing, waar decentralisatie kan worden gebruikt om informatie in qubits te coderen.

” Door te focussen op het detecteren van een roterend lichtpatroon dat door moleculen wordt uitgezonden, is het veel gemakkelijker om subtiele verschillen in chiraliteit in verdunde monsters te detecteren en te interpreteren. Bovendien betekent de wervelende aard van de laserstraal die we hebben ontworpen dat de signalen die we ontvangen bestand zijn tegen valkuilen die vaak voorkomen bij gedecentraliseerde laboratoriumexperimenten, zoals schommelingen in de lichtintensiteit, waardoor meer mensen dit werk kunnen doen. “, zegt professor Olga Smirnova van het Max Born Instituut. Bovendien zou deze technologie op een dag de verwerkingskracht van kwantumcomputers kunnen vergroten door de hoeveelheid gegevens te vergroten die individuele “qubits” kunnen vervoeren.

Zie ook

richting marketing? niet helemaal…

Hoewel deze technologie veelbelovend is, brengt zij ook aanzienlijke uitdagingen met zich mee. Het vervaardigen van lichtbronnen die op commerciële schaal chirale wervels kunnen produceren, zou technologische vooruitgang vereisen die momenteel buiten bereik is. De eerste stappen die de onderzoeksteams zetten zijn echter zeer bemoedigend.

De robuustheid van de ontvangen signalen tegen fluctuaties die gebruikelijk zijn bij excentrische laboratoriumexperimenten voorkomt vooral fouten veroorzaakt door variaties in de lichtintensiteit in hun systeem, wat al een heel goed begin is. De onderzoekers zijn nu van plan om mogelijke toepassingen voor deze technologie verder te onderzoeken.

bron : Natuurfotonica