Скрученный лазерный свет позволяет различать зеркально симметричные молекулы по количеству её фрагментов
Учёные из Института фундаментальных исследований Тата Индийского технологического института в Бомбее и Индийского технологического института в Хайдарабаде показали, как сам свет может быть сконструирован таким образом, чтобы вести себя как нитевидный зонд, избирательно взаимодействуя с молекулами в зависимости от их хиральности. Работа, опубликованная в журнале Science Advances, показывает, что свет может принимать не только вращательную форму, но и закручиваться при распространении. Когда такой закрученный свет взаимодействует с хиральными молекулами, результат существенно зависит от того, насколько "закручивание" света соответствует внутренней хиральности молекулы.
Рис. Схематическое изображение взаимодействия закрученного света с хиральным камфором. Автор: Рам Гопал, TIFR Хайдарабад.
В экспериментах, проведенных на лазерной установке в TIFR Хайдарабад, сверхкороткие лазерные импульсы (несколько сотен фемтосекунд) с контролируемым спином и закручиванием направлялись на газообразные образцы R- или S-камфоры, хорошо известной хиральной молекулы. Взаимодействие приводило к расщеплению молекул на заряженные фрагменты, которые затем анализировались с помощью времяпролетного масс-спектрометра. Этот прибор измеряет скорость движения ионов к детектору, что позволяет определять их массы. Более легкие ионы достигают детектора быстрее. Сообщается, что количество образующихся фрагментов зависело от сочетания угла поворота света и хиральности молекулы. Простое сравнение количества этих фрагментов позволило различить зеркально симметричные молекулы.
Традиционные методы обнаружения хиральности часто основаны на измерении очень малых различий в поглощении света молекулами или на отслеживании углового распределения испускаемых электронов, что может потребовать сложных установок и тщательной настройки. В отличие от них, новый подход считывает хиральность непосредственно из сигналов ионов, без необходимости угловых измерений или регистрации совпадений. Это упрощает экспериментальные требования и повышает чувствительность измерения.
Еще одним важным аспектом исследования является то, что оно изучает молекулы в газовой фазе, где они изолированы от внешних воздействий, таких как растворители или поверхности. Это позволяет более непосредственно наблюдать внутреннее взаимодействие света и молекулярной структуры. Использование структурированного света дополнительно усиливает это взаимодействие, создавая более сильные различия между энантиомерами, чем те, которые обычно наблюдаются при использовании традиционных оптических методов.
