Untuk pertama kalinya, ahli kimia di ETH Zurich telah berhasil menggunakan kilatan cahaya yang sangat pendek, berputar untuk mengukur dan memanipulasi gerakan elektron yang berbeda dalam molekul citra cermin. Mereka menunjukkan bahwa chirality molekul bukan hanya struktural tetapi juga fenomena elektronik.
Kita semua sudah terbiasa sejak kecil dengan fakta bahwa tangan kiri dan kanan kita identik dalam struktur tetapi tidak dalam bentuk. Mereka adalah gambar cermin satu sama lain. Dalam kehidupan sehari-hari, ini berarti bahwa sarung tangan kidal tidak pas di sebelah kanan.
“Kidal” ini juga merupakan sifat mendasar dari materi: mirip dengan tangan kita, banyak molekul ada dalam dua versi citra cermin, yang, meskipun terlihat serupa, sebenarnya tidak identik. Ahli kimia menyebut kiralitas ini.
Perbedaan antara molekul kiral kanan dan kidal memainkan peran penting dalam biologi, kimia dan industri farmasi. Banyak blok bangunan kehidupan, seperti DNA, asam amino dan protein, adalah kiral dan hanya terjadi pada versi kiri atau kiri. Tergantung pada tangannya, obat -obatan kiral karena itu bisa efektif, tidak efektif, atau bahkan berbahaya.
Chirality umumnya dianggap sebagai sifat struktural. “Namun, baru -baru ini, ada bukti yang berkembang bahwa adopsi pendekatan struktural tidak cukup untuk sepenuhnya memahami fenomena kiral,” kata Hans Jakob Wörner, profesor kimia fisik di ETH Zurich.
Apa yang menarik sedikit penelitian sampai sekarang adalah bagaimana elektron – blok bangunan terkecil dan cepat dari atom – bergerak secara berbeda dalam molekul kiral, tergantung pada apakah mereka kidal. Untuk pertama kalinya, tim peneliti yang dipimpin oleh Wörner telah menemukan cara untuk memvisualisasikan dan memanipulasi emisi elektron dari molekul kiral secara real time. Hasilnya baru saja diterbitkan dalam jurnal Nature.
Proses pada skala attosecond
Wörner dan timnya menyelidiki efek menarik yang terjadi ketika molekul kiral diiradiasi dengan cahaya terpolarisasi secara melingkar – yang berputar dalam spiral seperti pembuka botol. Pada saat -saat pertama setelah eksitasi cahaya, sebuah elektron dikeluarkan dari molekul. Poin utama di sini adalah bahwa, tergantung pada kiralitas molekul yang diiradiasi dan arah rotasi cahaya, elektron dipancarkan baik ke arah propagasi balok cahaya insiden atau ke arah yang berlawanan.
Dalam studi mereka, para peneliti tidak hanya berhasil mengukur efek ini – yang dikenal sebagai dichroisme sirkular fotoelektron, atau PECD untuk pendek – tetapi juga dalam memperkuatnya, memanipulasinya pada waktunya dan bahkan membalikkannya.
Pengukuran ini dimungkinkan oleh perangkat flash yang unik untuk elektron yang beroperasi dengan presisi yang belum pernah terjadi sebelumnya: ia menciptakan pulsa attosecond terpolarisasi secara sirkuler – kilatan cahaya yang mencapai resolusi temporal dari sepersenan satu miliar detik. Inilah yang diperlukan untuk mengamati dinamika elektron pada skala waktu attosecond alami mereka. Untuk pertama kalinya, kidal gerakan elektron dalam pulsa cahaya ini telah terdeteksi karena arah rotasi mereka sendiri.
Dalam kombinasi dengan yang ditumpangkan sementara, juga sinar inframerah yang terpolarisasi secara melingkar, para peneliti tidak hanya mampu mengukur seberapa cepat elektron dikeluarkan dari molekul kiral setelah eksitasi cahaya tetapi juga untuk memanipulasi arah di mana elektron bergerak secara lebih disukai – tergantung pada lintasan sampel.
Penelitian mendasar dengan potensi aplikasi
Temuan ini memungkinkan adopsi pendekatan baru untuk chirality: “Kami tidak lagi memahami chirality semata -mata sebagai fitur statis dari struktur molekuler tetapi juga sebagai perilaku dinamis elektron dalam sistem kiral,” kata Meng Han, mantan peneliti postdoctoral dalam kelompok Wörner dan penulis pertama penelitian. Chirality sebagai fenomena elektronik yang dapat dikendalikan sebelumnya hanya dicurigai, tetapi tidak dapat diakses secara eksperimental karena kurangnya teknologi yang diperlukan.
Di masa depan, kilatan attosecond yang dikembangkan dapat membantu menentukan kiralitas agen medis dengan sensitivitas yang lebih besar dan mengklarifikasi pertanyaan mendasar mengenai asal usul kiralitas dalam kehidupan.
Metode ini juga membuka jalan baru untuk studi yang diselesaikan waktu dari proses kiral di tingkat elektronik, berpotensi mengarah pada kemajuan dalam pemrosesan informasi, spintronics, mesin molekuler dan teknologi biosensor.
Referensi
Han M, Ji JB, Blech A, Goetz RE, Allison C, Greenman L, Koch CP, Wörner HJ: Kontrol Attosecond dan Pengukuran Dinamika Fotoionisasi Kiral. Nature, 27 Agustus 2025. DOI: 10.1038/S41586-025-09455-4
