2018-11-12 21:02:02
创新的实验方案可以创造镜子分子

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科学家们探索了自然界中分子手性的神秘面纱,提出了一种新的实验方案来创建定制的镜像分子进行分析。该技术可以使普通分子旋转得如此之快,以至于它们失去了正常的对称性和形状,并形成了彼此的镜像版本。来自DESY,汉堡大学和伦敦大学学院的研究团队由JochenKüpper领导,描述了物理评论快报期刊中的创新方法。对手性或手性的进一步探索(来自古希腊语中的手,“cheir”),不仅增强了对自然运作的洞察力,而且还为新材料和方法铺平了道路。

像你的手一样,自然界中的许多分子存在于两个版本中,这两个版本是彼此的镜像。 “由于未知的原因,我们在地球上知道它的生命几乎完全偏爱左手蛋白质,而基因组被组织成着名的右手双螺旋,”在中心Küpper小组领导这项理论工作的Andrey Yachmenev解释道。用于自由电子激光科学(CFEL)。 “一个多世纪以来,研究人员一直在揭开自然界中这种手性的秘密,这不仅会影响生命世界 - 某些分子的镜像版本会改变化学反应并改变材料的行为。”例如,右手版的caravone(C10H14O)赋予香菜独特的味道,而左手版则是留兰香味道的关键因素。

手性或手性仅在某些类型的分子中天然存在。 “然而,它可以在所谓的对称顶部分子中人工诱导,”来自超快成像中心(CUI)的共同作者Alec Owens说。 “如果这些分子被足够快地搅拌,它们会失去对称性并形成两种镜像形式,这取决于它们的旋转感。到目前为止,关于这种旋转诱导手性的现象知之甚少,因为几乎没有任何形成它的方案。这可以通过实验来实现。“

Küpper的团队现在已经计算出一种方法,通过实验室中的实际参数实现这种旋转诱导的手性。它使用称为光学离心机的螺旋形激光脉冲。对于磷化氢(PH3)的例子,他们的量子力学计算表明,在每秒数万亿次的旋转速率下,分子旋转的磷 - 氢键变得比其他两个键短,并且取决于旋转,出现了两种手性形式的磷化氢。 “使用强静电场,可以选择旋转磷化氢的左手或右手版本,”Yachmenev解释道。 “为了实现超快速的单向旋转,螺旋式激光器需要进行微调,但需要进行实际参数调整。”

这个方案承诺通过镜面进入镜子世界的全新路径,因为它原则上也可以与其他更重的分子一起使用。事实上,这些实际上需要较弱的激光脉冲和电场,但在调查的这些第一阶段过于复杂而无法解决。然而,由于膦是高毒性的,因此对于实验而言,这种较重且较慢的分子可能是优选的。

所提出的方法可以提供量身定制的镜子分子,并且研究它们与环境的相互作用,例如偏振光,应该有助于进一步渗透自然中的手性之谜并探索其可能的利用,期待Küpper,他也是汉堡大学物理与化学教授:“通过这种方式更深入地了解手性现象,也有助于开发基于手性的定制分子和材料,新的物质状态以及潜在的利用率。新型超材料或光学器件中的旋转诱导手性。“

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