Différencier les particules droites et gauches en utilisant la force exercée par la lumière

Différencier les particules droites et gauches en utilisant la force exercée par la lumière
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Les images de microscopie électronique à balayage montrent des nanoparticules chirales d’or de forme D et L. Les encarts visualisent les modèles tridimensionnels des nanoparticules. Crédit : NINS/IMS

Les chercheurs ont étudié la polarisation-dépendance de la force exercée par la lumière polarisée circulairement (CPL) en effectuant un piégeage optique de nanoparticules chirales. Ils ont découvert que le CPL gaucher et droitier exerçait différentes forces de la force de gradient optique sur les nanoparticules, et que les particules de forme D et L sont soumises à une force de gradient différente par CPL. Les présents résultats suggèrent que la séparation des matériaux en fonction de leur sens de la chiralité peut être réalisée par la force optique.

La chiralité est la propriété que la structure n’est pas superposable à son image miroir. Les matériaux chiraux présentent la particularité de réagir différemment à la lumière polarisée circulairement à gauche et à droite. Lorsque la matière est irradiée par une forte lumière laser, une force optique s’exerce sur elle. On s’attendait théoriquement à ce que la force optique exercée sur les matériaux chiraux par la lumière polarisée circulairement à gauche et à droite soit également différente.

Le groupe de recherche de l’Institute for Molecular Science et de trois autres universités a utilisé une technique expérimentale de piégeage optique pour observer la force de gradient optique dépendant de la polarisation circulaire exercée sur les nanoparticules d’or chirales. Les nanoparticules d’or chirales ont une structure de forme D (droitier) ou de forme L (gaucher), et l’expérience a été réalisée en utilisant les deux.






La force optique exercée sur la nanoparticule dépend de la sensibilité de la lumière incidente polarisée circulairement. Crédit : NINS/IMS

Bien que la force de gradient optique agissant sur les nanoparticules chirales ait été prédite théoriquement, aucune observation de la force n’a été rapportée auparavant. Le groupe de recherche a réussi à observer la force de gradient optique provenant de la chiralité (c’est-à-dire la différence entre la force de gradient par la lumière polarisée circulairement à gauche et à droite), par piégeage optique des nanoparticules d’or chirales.







Les matériaux chiraux présentent la particularité de réagir différemment à la lumière polarisée circulairement à gauche et à droite (activité optique). La réponse de la molécule de forme D à la lumière polarisée circulairement à gauche est la même que celle de la molécule de forme L à la lumière polarisée circulairement à droite, et vice versa. Crédit : NINS/IMS

Les résultats ont montré que la force de gradient optique était différente pour les particules de forme D et de forme L. Les chercheurs ont également découvert, à partir de la dépendance de la force sur la longueur d’onde de la lumière utilisée, qu’il existe un effet jusqu’alors inconnu sur le mécanisme des forces optiques dépendant de la chiralité.

Différencier les particules droites et gauches par la force exercée par la lumière

Les tracés sont les données expérimentales et les lignes brisées sont le calcul théorique. Le rouge et le bleu dans les tracés et la ligne représentent respectivement les nanoparticules de forme D et L. La force de gradient optique était différente pour les particules de forme D et de forme L. Crédit : NINS/IMS

La présente étude a clarifié les caractéristiques de la force de gradient optique dépendante de la polarisation circulaire sur la mécanique des nanoparticules d’or chirales. Il montre la possibilité de séparation des matériaux chiraux par la force optique, qui peut être réalisée en utilisant une lumière localement confinée générée sur les nanostructures pour piéger les matériaux et/ou en utilisant la force optique d’autres mécanismes.

La recherche a été publiée dans Avancées scientifiques.


Transfert de moment latéral assisté par chiralité pour une séparation énantiosélective bidirectionnelle


Plus d’information:
Junsuke Yamanishi et al, Force de gradient optique sur les particules chirales, Avancées scientifiques (2022). DOI : 10.1126/sciadv.abq2604. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq2604

Fourni par les instituts nationaux des sciences naturelles

Citation: Différenciation des particules droites et gauches à l’aide de la force exercée par la lumière (2022, 21 septembre) récupéré le 22 septembre 2022 sur https://phys.org/news/2022-09-differentiating-right-left-handed-particles- exercé.html

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