科學家首次用光改變人造超分子手性

　　據物理學家組織網7月11日(北京時間)報道，美國科學家首次研制出一種人造分子，可用一束光改變其手性，這種分子可應用于包括生物醫學研究、國土安全和超高速通訊在內的太赫茲技術領域，相關研究發表在《自然·通訊》雜志上。

　　手性分子是化學中結構上鏡像對稱而又不能完全重合的分子。該類分子具有迥然不同的左手或右手傾向，能用太赫茲電磁射線觀察、甚至改變分子的手性是科學家們孜孜以求的目標。

　　該研究的領導者、勞倫斯伯克利國家實驗室材料科學分部的張翔(音譯)表示：“我們能改變天然材料的手性，但改變過程緩慢同時也會改變材料的結構，而我們新制造出的人造分子的手性卻能以光速進行切換。”

　　張翔團隊用由納米大小的金條經過加工制成的太赫茲“超材料”，制造出了一種精巧的人造手性分子，接著將其同具有光活性的硅媒介結合，再使用一束外部光對該“超分子”進行光致激發，結果觀察到了以圓偏振發射太赫茲光的形式表現出來的手性變化。而且，這種光致激發也使科學家們能對這種手性切換和太赫茲光的圓偏振進行動態控制。張翔表示：“以前使用光電刺激只能打開或關閉‘超材料’的手性，但現在，我們能用光開關改變這種太赫茲‘超分子’的手性。”

　　張翔解釋道，新的“超分子”包含有一對手性相反的三維超原子。他們在每個超原子內的不同地方放置了一塊硅板。最終，硅板破壞了鏡像對稱并讓超分子具有了手性。硅板也承擔了能在光致激發下改變超分子手性的光電開關的功能。他表示：“我們的系統依賴于兩個手性不同的超原子的‘聯姻’，在特定頻率范圍內，其中一個超原子起作用，而另外一個不具有活性。如果設計合理，這兩個超原子會對同樣的外部刺激做出相反的反應，不活躍的超原子會開始起作用，而起作用的超原子則會失去活性，這就使超分子的手性發生了變化。”

　　太赫茲電磁射線也稱為T射線，位于分子振動的頻率范圍內，這使其成為理想的非侵入式工具，可用來分析有機物和無機物的化學組成，改變超分子的手性并控制太赫茲光的圓偏振可被用于探測有毒易爆的化學品，或用于無線通訊以及高速數據處理系統中。因為包括DNA、RNA和蛋白質在內的大多數生物分子都具有手性，新研究也能讓醫學研究者和制藥人士受益。

　　另一名研究人員安托瓦妮特·泰勒表示，他們的光切換手性太赫茲超分子的設計原理并不局限于改變手性，也可用來動態地改變其他電磁屬性。