Metamaterial verbessert die chiralen Nanopartikelsignale erheblich

Nachrichtenpunkt – Die linke Hand sieht im Spiegel aus wie die rechte Hand, aber der linke Handschuh passt nicht auf die rechte Hand. Chiralität bezieht sich auf diese Eigenschaft, bei der das Objekt dem Spiegelbild nicht überlagert werden kann. Diese Eigenschaft von Molekülen ist ein wichtiger Faktor in der pharmazeutischen Forschung, da sie Medikamente toxisch machen kann.

Diese Moleküle und spiegelsymmetrische Moleküle haben die gleichen physikalischen Eigenschaften und können daher nicht durch allgemeine optische Analyse unterschieden werden. Stattdessen sollte polarisiertes Licht verwendet werden, das in verschiedene Richtungen rotiert. Wenn die Molekülgröße im Vergleich zur Wellenlänge des Lichts klein ist, hat es außerdem eine sehr schwache chirale Wechselwirkung zwischen Licht und Molekülen, was es schwierig macht, sie zu messen.

Ein Forschungsteam unter der Leitung von Professor Junsuk Rho und Jungho Moon (Department of Mechanical Engineering und Department of Chemical Engineering) am POSTECH in Zusammenarbeit mit Professor Ki Tae Nam und Dr. Hyeohn Kim (Department of Materials Science and Engineering) an der Seoul National University und Professor Thomas Zentgraf (Department of Physics) an der Universität Paderborn in Deutschland haben gemeinsam eine Technologie entwickelt, um die Chiralität zwischen Licht und Nanopartikeln mithilfe des Metamaterials zu erhöhen¹bekannt als das unsichtbare Mantelmaterial.

Im Allgemeinen wird ein Signal erzeugt, wenn Licht auf chirale Nanopartikel gestrahlt wird, aber seine Intensität ist sehr schwach. Daher mussten mehrere Nanopartikel gesammelt werden, um das durchschnittliche Signal zu messen. Um dieses Problem zu lösen, gelang es dem Forschungsteam, mithilfe von Metamaterialien ein künstliches chirales Material zu synthetisieren, das das Signal erheblich verstärkte.

Das Forschungsteam maß die chirale lineare Streuung und die Streuung der zweiten harmonischen Generation (SHG) eines neu entwickelten chiralen Nanopartikels. SHG ist ein Phänomen, bei dem Licht mit der doppelten Frequenz (2ω) des einfallenden Lichts (ω, omega) erzeugt wird. Die meisten chiralen Nanopartikel geben ein schwaches SHG-Signal ab, was die Messung erschwert.

Es wurde gemessen, dass das SHG-Signal der vom Forschungsteam entwickelten chiralen Nanopartikel bis zu zehnmal größer ist als im linearen Fall. Dadurch kann es die Spiegelsymmetrie eines einzelnen hochpräzisen Nanopartikels sowie einer sehr geringen Menge an chiralem Material messen und soll in Zukunft zur genauen Strukturanalyse von chiralen Nanopartikeln beitragen.

Das gemeinsame Forschungsteam unter der Leitung von Professor Junsuk Rho von POSTECH und Professor Ki Tae Nam von der Seoul National University führte das Feld mit laufender gemeinsamer Forschung an, nachdem sie eine Studie über die Synthese von chiralen Metamaterialien und optische Eigenschaften als Deckblatt veröffentlicht hatten Erde im Jahr 2018.

Veröffentlicht in ACS Fotonikwurde diese Studie vom Korea-Germany DAAD GenKO Partnership Cooperation Program der National Research Foundation of Korea geleitet. Die Studie erhielt zusätzliche Unterstützung vom Creative Discovery Program, Mid-Career Researcher Program, Global Frontier Program, the Regionalleiter Forschung Zentrumsprogramm der Ministerium für Wissenschaft und IKT und Unterstützung durch das Bildungsministerium, POSTECH Piuri Fellowship und LG Display.