الکترون‌ها هم مانند مولکول‌ها دست‌سانی دارند!

به گزارش مجله خبری نگار/برنا،پژوهشگران دانشگاه ETH زوریخ موفق شدند برای نخستین‌بار با استفاده از پالس‌های فوق‌کوتاه و چرخشی نور حرکت متفاوت الکترون‌ها در مولکول‌های آینه‌ای را مشاهده و حتی کنترل کنند. این کشف که نتایج آن در مجله Nature منتشر شده است نشان می‌دهد که کایرالیته یا همان دست‌سانی‌مولکول‌ها صرفاً ویژگی ساختاری نیست بلکه بعدی الکترونیکی و پویا نیز دارد.

دست‌سانی؛ از دستان ما تا مولکول‌ها

همان‌طور که دست چپ و راست ما در ظاهر مشابه، اما در حقیقت آینه یکدیگر و غیرقابل جایگزینی هستند بسیاری از مولکول‌ها نیز در دو نسخه‌ی آینه‌ای وجود دارند که به آنها کایرال گفته می‌شود. این ویژگی در زیست‌شناسی و داروسازی اهمیت حیاتی دارد. برای نمونه یک داروی کایرال می‌تواند بسته به نوع دست‌سانی خود، درمانگر، بی‌اثر یا حتی خطرناک باشد.

عبور از نگاه ساختاری به نگاهی الکترونیکی

تا سال‌ها کایرالیته صرفاً به‌عنوان یک ویژگی ساختاری مولکول‌ها در نظر گرفته می‌شد، اما تیم هانس یاکوب ورنر، استاد شیمی فیزیک ETH زوریخ نشان داده است که رفتار الکترون‌ها نیز در این پدیده نقشی اساسی ایفا می‌کند.

وقتی نور دایره‌ای قطبیده نوری که همچون مته‌ای مارپیچ حرکت می‌کند به مولکول‌های کایرال تابیده می‌شود، الکترون‌ها در نخستین لحظات برانگیزش از مولکول خارج می‌شوند. نکته‌ی کلیدی اینجاست که جهت پرتاب الکترون‌ها، به نوع دست‌سانی مولکول و جهت چرخش نور بستگی دارد.

اثر PECD و دستکاری حرکت الکترون‌ها

این پدیده با عنوان دی‌کروئیسم دایره‌ای فوتوالکترونی (PECD) شناخته می‌شود. محققان ETH زوریخ توانستند نه تنها آن را ثبت کنند بلکه شدت آن را افزایش دهند، در بُعد زمانی کنترلش کنند و حتی جهت حرکت الکترون‌ها را معکوس سازند.

راز این موفقیت در فناوری تازه‌ای نهفته است: تولید پالس‌های آتوسکندی دایره‌ای قطبیده فلاش‌هایی از نور با دقتی برابر یک میلیاردیم از یک میلیاردیم ثانیه. این دقت شگفت‌انگیز امکان مشاهده‌ی دینامیک الکترونی در مقیاس طبیعی را فراهم می‌آورد.

نور دوتایی برای کنترل دقیق‌تر

پژوهشگران برای پیشبرد آزمایش‌های خود پالس‌های آتوسکندی را با پرتوی فروسرخ دایره‌ای قطبیده ترکیب کردند. این روش به آنان امکان داد تا زمان دقیق گسیل الکترون‌ها را بسنجند و جهت حرکت آنها را بسته به دست‌سانی مولکول جهت قطبش نور و اختلاف فاز پرتو‌ها تغییر دهند.

کایرالیته ویژگی قابل کنترل

به گفته‌ی منگ هان، پژوهشگر پسادکتری و نویسنده‌ی اصلی مقاله اکنون دیگر کایرالیته را تنها یک ویژگی ایستا و ساختاری نمی‌دانیم بلکه رفتاری دینامیکی از الکترون‌ها در سیستم‌های کایرال است. این دیدگاه تازه افق‌های علمی و فناورانه‌ی گسترده‌ای را می‌گشاید.

کاربرد‌های آینده از دارو تا فناوری‌های نوین

یافته‌های تازه می‌توانند در حوزه‌های گوناگون به کار گرفته شوند:

• داروسازی: تعیین حساس‌تر و دقیق‌تر نوع دست‌سانی دارو‌ها برای افزایش ایمنی و اثربخشی.

• پژوهش‌های بنیادی: پاسخ به پرسش‌های اساسی درباره منشأ کایرالیته در شکل‌گیری حیات.

• فناوری‌های نوین: توسعه روش‌های جدید در پردازش اطلاعات، اسپین‌ترونیک، ماشین‌های مولکولی و زیست‌حسگرها.

این دستاورد نه تنها درک ما از کایرالیته را دگرگون کرده، بلکه ابزار تازه‌ای برای علم و فناوری آینده فراهم آورده است؛ ابزاری که می‌تواند از آزمایشگاه‌های شیمی و فیزیک تا صنایع داروسازی و فناوری‌های اطلاعاتی تحولی چشمگیر ایجاد کند.