От хиральности молекулы зависят ее свойства.
Уже много лет особый интерес ученых вызывает так называемая хиральность — свойство объектов существовать в «левой» и «правой» версиях, которые являются зеркальным отражением друг друга, но не могут быть полностью совмещены. Классический пример — наши ладони. Многие молекулы, в том числе, лекарственных веществ, обладают тем же свойством: две «зеркальные» версии одного соединения могут иметь почти одинаковую структуру, но совершенно разное воздействие на организм. Отличить такие молекулы друг от друга помогает свет с особым вращением, однако до сих пор для его получения обычно требовались специальные материалы, поверхности или мощная оптика.
«Наша работа показывает, что свет может естественным образом приобретать такое “закрученное” поведение сам по себе. Нужно лишь правильно его подготовить», — объясняет профессор Университета Восточной Англии (UEA) Кейн Форбс. По его словам, помимо привычного прямолинейного распространения, свет можно организовать в так называемые структурированные пучки — например, оптические вихри, которые закручиваются, словно штопор, или лучи с определенной поляризацией, порождающей эффект спина — левого или правого вращения.
Раньше взаимодействие между этими двумя типами закрученности считалось очень слабым и трудноуловимым. Но ученые выяснили: если подготовить пучок света в особой сбалансированной конфигурации, ситуация меняется. Луч может изначально вообще не иметь спина, но по мере движения в нем появляются отдельные области с вращением — как будто это свойство было скрыто, а затем проявилось само.
При правильной подготовке световой луч приобретает спин без дополнительных воздействий на него.Для объяснения обнаруженного эффекта ученые обратились к топологии — разделу математики, который изучает свойства фигур, сохраняющиеся при их непрерывной деформации. Доктор Исаак Напе из Университета Витватерсранда в Йоханнесбурге приводит простой пример: «Представьте кружку и бублик. Один можно превратить в другой, не разрывая, потому что у обоих есть по одному отверстию. Это отверстие — топологическая особенность». Оказалось, что структурированный свет обладает собственной топологией, заложенной в особенностях его поляризации, которая сохраняется даже при изменении формы пучка и определяет, где именно проявится его закрученность.
«Это дает нам совершенно новый инструмент управления светом. Настраивая его топологию, мы можем решать, как и где проявится хиральность», — отмечает Напе.
Открытие может найти применение в медицинской диагностике и разработке лекарств, где важно отличать «левые» и «правые» формы молекул, а также в создании компактных сенсоров. Не меньше перспектив у применения этого эффекта в телекоммуникациях — закрученный свет способен нести больше информации, что важно для скоростной и защищенной связи, в том числе, для квантовых сетей будущего. Поскольку эффект не зависит от хрупких материалов или сложных поверхностей, технологии на его основе могут оказаться дешевле и доступнее.
Ранее ученые нашли неожиданную связь между законами физики и работой живых клеток.
Источник новости: hi-tech.mail.ru
