Forscher des Imperial College London haben in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern aus Deutschland und Spanien eine neue Methode zur Detektion und Quantifizierung der Chiralität von Molekülen mithilfe von Licht entwickelt. Im Gegensatz zu aktuellen Methoden, die eine Helix im Raum erzeugen, erzeugt der neue Ansatz mithilfe von Lasern mit moderaten Intensitäten eine Helix in der Zeit. Dadurch entstehen in den Molekülen chirale elektronische Ströme, wodurch eine Version helles Licht abgibt, während die andere dunkel bleibt. Die Simulationen des Teams zeigen, dass diese Methode keine intensiven Laser erfordert und eine zerstörungsfreie Bildgebung der molekularen Chiralität ermöglichen könnte. Die Forscher planen, ihre Theorie weiter zu testen, indem sie mit anderen Physikern am Imperial College zusammenarbeiten und femtosekundige Lasereinrichtungen zur Bildgebung und Manipulation von chiralen Molekülen einsetzen.

Einführung

In einer gemeinsamen Forschungsarbeit haben Wissenschaftler des Imperial College London zusammen mit Wissenschaftlern aus Deutschland und Spanien eine neue Methode entwickelt, um Chiralität in Molekülen mithilfe von Licht zu erkennen und zu quantifizieren. Dieser innovative Ansatz verwendet Laser mit mäßiger Intensität, um das Licht zeitlich zu helixen, was zu chiralen elektronischen Strömen innerhalb der Moleküle führt. Dadurch gibt eine Version des Moleküls helles Licht ab, während die andere Version dunkel bleibt. Die Simulationen des Teams deuten darauf hin, dass diese Methode eine zerstörungsfreie Bildgebung der molekularen Chiralität ermöglichen könnte, ohne dass intensive Laser benötigt werden.

Die derzeitigen Methoden zur Erkennung von Chiralität

Chiralität, oder Händigkeit, ist ein wichtiger Begriff in der Chemie und Biologie. Es bezieht sich auf die Eigenschaft bestimmter Moleküle, in zwei spiegelbildlichen Formen, den sogenannten Enantiomeren, existieren zu können. Die derzeitigen Methoden zur Erkennung von Chiralität beinhalten die Erzeugung einer Helix im Raum mithilfe spezifischer Techniken wie zirkular polarisiertem Licht oder magnetischen Feldern. Diese Methoden haben Einschränkungen, einschließlich der Notwendigkeit intensiver Laser, die empfindliche Moleküle zerstören können. Der neue Ansatz zielt darauf ab, diese Einschränkungen zu überwinden und eine zugänglichere Methode zur Untersuchung von Chiralität bereitzustellen.

Der neue Ansatz: Licht zeitlich zu einer Helix machen

Die Forscher schlagen eine neue Methode zur Erkennung und Quantifizierung von Chiralität in Molekülen vor, indem sie das Licht mithilfe von Lasern mit mäßiger Intensität zeitlich zu einer Helix machen. Dadurch werden chirale elektronische Ströme innerhalb der Moleküle induziert. Dies führt dazu, dass ein Enantiomer helles Licht abgibt, während das andere Enantiomer dunkel bleibt. Die Verwendung von moderaten Laserintensitäten verringert das Potenzial einer Schädigung der Moleküle und ermöglicht eine zerstörungsfreie Bildgebung und Manipulation von Chiralität.

Simulationsergebnisse: vielversprechende Erkenntnisse

Das Team führte Simulationen durch, um die Machbarkeit ihrer Methode zu demonstrieren. Die Ergebnisse zeigten, dass ihr Ansatz effektiv zwischen den beiden Enantiomeren unterscheidet und eine visuelle Darstellung ihrer Chiralität liefert. Die helle Emission einer Version und die Dunkelheit der anderen bieten eine klare Unterscheidung. Diese Ergebnisse unterstützen das Potenzial dieser Methode für die praktische Anwendung bei der Erforschung molekularer Chiralität.

Potentielle Vorteile gegenüber aktuellen Methoden

Die neue Methode hat mehrere Vorteile gegenüber den aktuellen Techniken zur Erkennung von Chiralität in Molekülen. Erstens erfordert sie keine intensiven Laser, was das Risiko einer Beschädigung empfindlicher Moleküle verringert. Zweitens bietet die Möglichkeit, das Licht zeitlich zu einer Helix zu machen, einen anderen Ansatz zur Untersuchung von Chiralität. Dies eröffnet Möglichkeiten für eine zerstörungsfreie Bildgebung und Manipulation und erweitert unser Verständnis von molekularen Eigenschaften. Schließlich ermöglicht die einfache Implementierung dieser Methode einen breiteren Zugang und eine potenzielle Anwendung in verschiedenen Forschungsbereichen.

Zukünftige Schritte und Zusammenarbeit

Um ihre Theorie weiter zu validieren und das Potenzial dieser neuen Methode zu erforschen, planen die Forscher, mit anderen Physikern am Imperial College London zusammenzuarbeiten. Sie beabsichtigen, Femtosekundenlaseranlagen zur Abbildung und Manipulation chiraler Moleküle zu nutzen. Diese experimentelle Arbeit würde empirische Beweise und eine Anwendung der vorgeschlagenen Technik in der realen Welt liefern, was zu bahnbrechenden Fortschritten bei der Erforschung und dem Verständnis von Chiralität in Molekülen führen könnte.

Schlussfolgerung

Die Entwicklung einer neuen Methode zur Erkennung und Quantifizierung von Chiralität in Molekülen mithilfe von Licht stellt einen bedeutenden Fortschritt auf dem Gebiet der Chemie dar. Dieser innovative Ansatz, bei dem das Licht mithilfe von Lasern mit mäßiger Intensität zeitlich zu einer Helix gemacht wird, birgt das Potenzial für eine zerstörungsfreie Bildgebung und Manipulation molekularer Chiralität. Die positiven Ergebnisse aus den Simulationen deuten auf das Potenzial dieser Methode hin, und zukünftige Zusammenarbeiten und Experimente werden ihre Machbarkeit und Vorteile weiter festigen. Letztendlich hat diese neue Methode das Potenzial, unser Verständnis und die Nutzung von Chiralität in verschiedenen wissenschaftlichen Disziplinen zu revolutionieren.

Quelle

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