物理学者が光を使って分子の「見えない」エネルギー状態を深く探る(Physicists use light to probe deeper into the ‘invisible’ energy states of molecules)

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2024-07-31 バース大学

国際的な科学者チームが新しい光学現象を発見しました。この現象は医薬品科学、セキュリティ、法医学、環境科学、芸術保存、医学などに大きな影響を与える可能性があります。分子のエネルギー状態を特定するために光が分子に当たると、ラマン効果が生じますが、一部のエネルギー状態は見えません。これを補うために「ハイパーラマン」が必要です。ハイパーラマン効果は二つの光子が分子に同時に当たることで生じ、より深い組織に侵入し、分子を損傷しにくく、高コントラストの画像を提供します。この効果を用いて分子のキラリティを明らかにすることが可能であり、薬品の品質管理、偽造品の識別、違法薬物や爆発物の検出、環境汚染物質の検出、芸術作品の保存修復、病気診断などに応用できます。

<関連情報>

キラリティーの付与がハイパーラマン光学活性の観測を可能にする Chirality conferral enables the observation of hyper-Raman optical activity

Robin R. Jones,John F. Kerr,Hyunah Kwon,Samuel R. Clowes,Ruidong Ji,Emilija Petronijevic,Liwu Zhang,G. Dan Pantoș,Brian Smith,Tim Batten,Peer Fischer,Daniel Wolverson,David L. Andrews & Ventsislav K. Valev
Nature PhotonicsPublished:31 July 2024
DOI:https://doi.org/10.1038/s41566-024-01486-z

物理学者が光を使って分子の「見えない」エネルギー状態を深く探る(Physicists use light to probe deeper into the ‘invisible’ energy states of molecules)

Abstract

Chirality conferral is fundamental for understanding the origin of life, and it is of direct importance for synthesizing new pharmaceuticals in the face of growing antibiotic resistance. Human-made, self-assembling nanostructures replicate the biological chirality conferral processes utilizing covalent and non-covalent bonds. However, chirality conferral from one form of matter to another via electromagnetic fields is more subtle and less explored. Here we report chirality conferral between gold nanohelices and achiral molecules (crystal violet). This conferral enables the experimental observation of a physical effect predicted in 1979—hyper-Raman optical activity. To benefit from Fermi’s golden rule, the chirality conferral system was designed as doubly resonant, with the nanohelices and molecules resonating at the fundamental frequency and at the second-harmonic, respectively. We provide a theoretical framework for our results that expands the original mathematical formalism to include surface-enhanced hyper-Raman scattering and the chirality conferral process. Our results demonstrate that field-driven chirality conferral mechanisms are opening up entire fields of research, as exemplified by the discovery of a physical phenomenon.

1700応用理学一般
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