“合成手性光”方法，可提高光检测手性分子强度

检测手性的能力（无论给定化学物质的分子是左旋还是右旋）都是实验化学的核心。这对药物开发尤为重要，因为特定分子的左旋和右旋变体或对映异构体之间的差异可以标记出救活物质和致死物质之间的差异。长期以来，手性或圆偏振光已被用来识别这种分子的“手性”。但是一个关键的障碍是，圆偏振光与分子尺度物质之间的所谓的手性相互作用往往非常弱，因此圆偏光应用检测手性有用但相对粗糙。

目前，一个国际合作研究团队已经提出了一种非常不同的潜在方法，可以将光用作分子顺手性的探针（Nat。Photon。，doi：10.1038 / s41566-019-0531-2）。据报道，被团队称为“合成手性光”对不同手性光-物质相互作用，远比使用普通圆偏振光可获得的信号强。研究人员认为，这些强相互作用可以为混合化学样品中的分子手性的超快检测提供新方法，并可以根据其手性使用激光束分离物种，这对化学和药物开发具有潜在的好处。

“合成手性光”方法，该方法可选择性地与手性（左手或右手）分子之一相互作用。

弱相互作用

由于左手和右手对映异构体在化学上是相同的，并且仅在结构上有所不同，因此仅凭化学手段无法区分它们，必须从它们与另一种手性物质的相互作用中推断出它们的手性。圆偏振光在传播时会以左旋或右旋的方式扫出螺旋形图案，因此是检测此类物质一个有效的方法。但是，问题在于，光的螺旋度（螺距）距离上为微米量级，该距离比分子的埃级尺度大几个数量级。因此，分子几乎感觉不到光场的空间手性。此外，螺旋线从根本上取决于光的磁场分量，而磁场分量与物质的相互作用很小。

相反地，在所谓的偶极近似下，光与物质相互作用是通过光的强得多的电场分量发生的。在这种近似情况下，电场矢量与分子的相互作用不是跨越手性螺旋的空间，而是完全在与光的传播方向正交的二维平面中进行。这意味着，在光与物质相互作用的最重要部分，光的圆偏振及其螺旋传播所暗示的手性感基本消失了。因此，即使光场本身是手性的，光与物质最主要的相互作用无法用来区分左手性或右手性分子。

制作“合成”手性光

由德国Max-Born研究所的科学家领导研究团队，包括德国，以色列，意大利和英国其他机构的研究人员。研究人员希望能够利用光物质相互作用的最强部分-电场分量，来区分左手性和右手性分子。这样避免了依靠空间螺旋光场的磁场分量与分子的弱相互作用。

研究人员期望可以在任何给定的时间和空间点上局部理解光的电场矢量。他们首先研究了偶极近似中光与物质相互作用的物理原理，以及隐藏在其中的高阶电场的相关性如何用作分子手性的替代窗口。通过上述分析，研究人员能够将几个高阶，完全局部相关的值归零，而这些值的确与手性有关。

此外，可以使用两个会聚的激光束，通过非线性光学来研究这些相关性，每个会聚的激光束都包含两个正交偏振的频率分量ω和2ω，它们被可调相位差?（ω，2ω）分开。事实证明，在这样的光场中，不同的非线性光物质相互作用（例如二次谐波生成和多光子吸收）遵循不同的路径，并且表现出不同的干涉模式，且具体取决于分子是非手性还是手性，并且与手性方向也有关。该光学系统还包括一个内置的控制旋钮：通过调节两个频率分量之间的相对场强和相位差，可以控制合成手性光的旋向性，从而控制与之发生强烈相互作用的分子的旋向性。作者在文章中表示：“我们现在拥有一种手性光子试剂，其手性可以进行定制，并以极高的效率控制多光子相互作用。”

寻求更好的手性分子操纵

研究人员提出了一种可用于在实验室中创建这种合成手性光实验装置。该装置从以线偏振1770 nm激光作为光源，光束穿过倍频的非线性BBO晶体，以产生在两个不同频率下具有正交偏振分量的光束。然后，分束器将光束分成两束，并使其通过楔形方解石，以控制频率分量之间的相位差。最后，两束光束以10度的角度差会聚到目标（例如分子气体）上，后端的检测器从产生的手性选择性非线性相互作用中捕获高次谐波。

研究小组的数值模拟表明，这种装置可以“完全控制与随机取向的手性分子有关的非线性光学响应的强度，偏振和传播方向”。研究人员认为，这种控制水平可以实时监控实验室中发生化学反应的分子的手性，甚至还可以用于使用光在非手性物质上“烙印”左手或右手手性。

除了来自Max-Born研究所的研究人员之外，该研究团队还包括来自以色列Then Technion，德国柏林工业大学和柏林洪堡大学，意大利德利雅斯特大学和英国伦敦帝国理工学院的科学家们。