手性和非手性分子中的非线性螺旋二色性

圆极化 (s = ±1) 飞秒涡旋脉冲在葑酮分子中的传输。图片来源：Nature Photonics(2022)。DOI: 10.1038/s41566-022-01100-0.

       直到现在，人们认为不可能利用螺旋光束区分手性分子的对映体异构体，然而，渥太华大学的一组研究人员使之成为现实。

       近20年来，研究人员认为不可能利用螺旋光束区分手性分子的对映异构体。对映体是一个分子的镜像，不能被叠加在一起，就像我们的左手和右手一样，不能简单地通过重新定向使之完全相同，此外，具有对称性质的分子，如非手性分子，不会表现出对光螺旋度的任何依赖性。然而，这正是渥太华大学的一组研究人员所做的。

       这个由 Ravi Bhardwaj 教授和他的博士生 Ashish Jain 和 Jean-Luc Bégin 领导的研究团队与 Thomas Brabec 教授、渥太华量子技术研究所的Ebrahim Karimi 教授和加拿大阿秒光子学的研究主席 Paul Corkum 教授合作，开发了一种新的可以区分手性分子两个不可叠加的镜像的手性光学技术，它的效率甚至可以通过使用线偏振螺旋光束来调节和控制。Jean-Luc Bégin 解释说：“我们对光与物质相互作用的理解主要基于均匀偏振光的传播和不同物质量子态之间偶极活性跃迁的主导地位，而高阶多极效应经常被忽略，但是，我们的发现证明了高阶多极效应的重要性。”

       他们的主要发现包括：利用线性偏振螺旋光束可以直接观察到手性灵敏度的提高，而不需要任何媒介。即使在可以调节和精确控制的非手性分子中，也可以观察到左、右不对称螺旋光的吸收差异。光的螺旋度依赖性吸收是由于电偶极子和电四极子矩的耦合而产生的，可以通过改变激光偏振来调节。

       Ashish Jain 补充说：“在制药工业中，以更高的灵敏度检测对映异构体对于消除药物不必要的副作用是至关重要的，此外，我们用螺旋光来控制光与物质的相互作用，可能为光谱学、光驱动分子机器、光开关和磁性材料的超快探测开辟新的机会”。

      这项研究成果已经发表在《Nature Photonics》期刊上。

      消息来源：https://phys.org/news/2022-12-year-old-optical-mystery.html.

     [1]Jean-Luc Bégin et al, Nonlinear helical dichroism in chiral and achiral molecules, Nature Photonics (2022). DOI: 10.1038/s41566-022-01100-0