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它们会失去对称性并形成两种镜像形式

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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,以至于它们失去正常的对称性和形状,而是形成彼此的镜像版本。来自DESY,汉堡大学和伦敦大学学院的研究小组围绕小组组长JochenKpper介绍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Kpper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,研究人员正在揭开自然界中这种手性的秘密,这不仅会影响生活世界: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。

Kpper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

氢键变得比这两个键中的另外两个短,并且取决于感觉旋转时,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,但需要进行精确调整。

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Kpper,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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