29 juni 2020 (Nanowerk Nieuws) Een wetenschapper wil misschien cartwheels doen als hij een ontdekking doet, maar deze keer is de ontdekking zelf afhankelijk van cartwheels. Onderzoekers van de Rice University hebben details ontdekt over een nieuw type interactie tussen gepolariseerd licht en materie met licht dat letterlijk van begin tot eind verandert als het zich voortplant vanuit een bron. Hun vondst zou kunnen helpen bij het bestuderen van moleculen zoals die in antennes voor het oogsten van licht die naar verwachting een unieke gevoeligheid voor het fenomeen hebben.
Een model van wetenschappers van Rice University laat zien hoe twee positief geladen bollen die aan veren zijn bevestigd, worden aangetrokken door het elektrische veld van licht. Door de beweging van de bollen verstrooit het veersysteem licht met verschillende energieën wanneer het wordt bestraald met de klok mee en tegen de klok in trochoïdale golven. (Afbeelding: Link Research Group / Rice University) De onderzoekers observeerden het effect dat ze trochoïdaal dichroïsme noemen in het licht dat wordt verstrooid door twee gekoppelde dipoolverstrooiers, in dit geval een paar dicht bij elkaar geplaatste plasmonische metalen nanostaafjes, toen ze werden opgewonden door het radslagwerk. licht. De lichtpolarisatie die de onderzoekers gebruikten, is fundamenteel anders dan de lineaire polarisatie waardoor zonnebrillen werken en kurkentrekkerachtig circulair gepolariseerd licht dat wordt gebruikt in circulair dichroïsme om de conformatie van eiwitten en andere kleine moleculen te bestuderen. In plaats van een spiraalvormige vorm aan te nemen, is het veld van het licht vlak terwijl het wielt - draaiend met de klok mee of tegen de klok in - weg van de bron als een rollende hoelahoep. Dit type lichtpolarisatie, trochoïdale polarisatie genaamd, is eerder waargenomen, zei Rice-afgestudeerde student en hoofdauteur Lauren McCarthy, maar niemand wist dat plasmonische nanodeeltjes konden worden gebruikt om te zien hoe het rolde. "Nu weten we hoe trochoïdale polarisaties zich verhouden tot bestaande interacties tussen licht en materie", zei ze. “Er is een verschil tussen het begrijpen van het licht en zijn fysische eigenschappen en het begrijpen van de invloed van licht op materie. De differentiële interactie met materie, gebaseerd op de geometrie van het materiaal, is hier het nieuwe stuk. " De ontdekking door het Rice-lab van chemicus Stephan Link wordt beschreven in het Proceedings van de National Academy of Sciences ("Gepolariseerde vluchtige golven onthullen trochoïdaal dichroïsme"). De onderzoekers waren niet specifiek op zoek naar trochoïdaal dichroïsme. Ze genereerden een vluchtig veld in een techniek die ze ontwikkelden om chirale gouden nanodeeltjes te bestuderen om te zien hoe ruimtelijk beperkt, links- en rechtshandig circulair gepolariseerd licht interageerde met materie. Het vrij verspreiden van circulair gepolariseerde lichtinteracties is de sleutel tot verschillende technologieën, waaronder 3D-brillen die zijn gemaakt van materialen die onderscheid maken tussen tegengestelde lichtpolarisaties, maar die niet zo goed worden begrepen wanneer licht wordt beperkt tot kleine ruimtes bij grensvlakken. In plaats van het circulair gepolariseerde licht dat eerder werd gebruikt, veranderden de auteurs de polarisatie van invallend licht die werd gebruikt om een vluchtig veld met cartwheeling-golven te genereren. De onderzoekers ontdekten dat de trochoïdale polarisaties met de klok mee en tegen de klok in anders interageren met paren plasmonische nanostaafjes georiënteerd op 90? van elkaar. In het bijzonder veranderden de golflengten van het licht dat de nanostaafparen verstrooiden wanneer de trochoïdale polarisatie veranderde van rechtsom naar linksom, wat een kenmerk is van dichroïsme. "Trochoïdale golven zijn besproken, en verschillende groepen hebben hun eigenschappen en toepassingen onderzocht", zei McCarthy. "Voor zover wij weten, heeft echter niemand opgemerkt dat de geometrie van een materiaal differentiële interacties met trochoïdale golven tegen de klok in en tegen de klok in mogelijk kan maken." Moleculen reageren op licht via hun elektrische en magnetische dipolen. De onderzoekers merkten op dat moleculen met elektrische en magnetische dipolen die loodrecht op elkaar staan, zoals bij de 90-graden nanodeeltjes, ladingsbeweging hebben die in het vlak roteert wanneer ze worden opgewekt. Trochoïdaal dichroïsme zou kunnen worden gebruikt om de richting van deze rotatie te bepalen, wat de moleculaire oriëntatie zou onthullen. Opwindende zelf-geassembleerde gouden nanostaafdimeren onthulden ook subtiele trochoïdale dichroïsme effecten, wat aantoont dat het fenomeen niet beperkt is tot strikt gefabriceerde nanodeeltjes gerangschikt op 90 graden. "Na lang te hebben gewerkt met gepolariseerd licht dat interageert met plasmonische nanostructuren, is de huidige ontdekking zeker op verschillende manieren bijzonder", zei Link. “Het vinden van een nieuwe vorm van interactie tussen gepolariseerd licht en materie is op zichzelf al opwindend. Even lonend was het proces van de ontdekking, aangezien Lauren en mijn voormalige student, Kyle Smith, me ertoe aanzetten om hun resultaten bij te houden. Uiteindelijk was het een echte teaminspanning van alle co-auteurs waar ik erg trots op ben. "
