Onderzoekers zijn erin geslaagd om submicroscopische silica-bolletjes met een specifieke coating vast te leggen en te analyseren met optische pincetten. Door gebruik te maken van Laguerre-Gaussian modi in lichtstralen konden zij het verschil in dynamiek tussen chirale en achirale deeltjes aantonen.
In een recent wetenschappelijk onderzoek, gepubliceerd via het preprint-platform arxiv.org, beschrijven fysici een nieuwe methode om enantioselectieve optische vallen te creëren. De kern van het experiment draait om het manipuleren van kleine silica-bolletjes die zijn bedekt met titaniumdioxide-nanodeeltjes. Deze nanodeeltjes zijn op een willekeurige manier over het oppervlak van de silica-bolletjes verdeeld, wat resulteert in een zogenaamde 'disorder-enabled' chirale structuur.
De rol van chirale geometrie
Chiraliteit in de natuurkunde en chemie verwijst naar de eigenschap van een object dat niet superponeerbaar is op zijn spiegelbeeld. In dit specifieke onderzoek tonen de auteurs aan dat de willekeurige verdeling van titaniumdioxide-nanodeeltjes op de silica-bolletjes een effectieve chirale geometrie creëert. Volgens de leidt deze specifieke structuur tot versterkte enantioselectieve optische krachten.
Wanneer deze deeltjes worden blootgesteld aan gestructureerd licht, reageren ze anders dan standaard achirale silica-bolletjes. De onderzoekers maakten gebruik van Laguerre-Gaussian modi, een type lichtbundel met een draaimoment, om de deeltjes in een optische val te houden. Hierbij werd waargenomen dat de orbitale dynamiek van de chirale deeltjes significant afwijkt van die van hun achirale tegenhangers.
Theoretische onderbouwing en de Pasteur-parameter
Om de experimentele resultaten te verklaren, hebben de wetenschappers een theoretisch model ontwikkeld. Dit model is gebaseerd op het Mie-Debye formalisme en houdt rekening met optische aberraties die tijdens het proces kunnen optreden. Volgens de stelt dit model de onderzoekers in staat om de resultaten kwantitatief te verklaren.
Een cruciaal onderdeel van dit model is de karakterisering van de zogenaamde Pasteur-parameter. Deze parameter wordt gebruikt om de chiroptische respons van individuele composietdeeltjes te kwantificeren. Door deze parameter te bepalen, kunnen de onderzoekers precies vaststellen hoe sterk de chirale eigenschappen van een specifiek deeltje de interactie met het licht beïnvloeden.
Implicaties voor nanotechnologie
De bevindingen leveren direct experimenteel bewijs voor de werking van chirale optische krachten die door gestructureerde lichtbundels op individuele chirale deeltjes worden uitgeoefend. De onderzoekers concluderen dat deze all-dielectrische deeltjes, waarbij wanorde (disorder) juist een voordeel biedt, een veelzijdige materiaalsuperstructuur vormen.
Deze doorbraak biedt nieuwe mogelijkheden om optische krachten op nanoschaal nauwkeurig af te stemmen. De mogelijkheid om de orbitale periode van een deeltje meetbaar te wijzigen door middel van chirale manipulatie kan leiden tot nieuwe toepassingen in de nanotechnologie, zoals het sorteren van moleculen of het ontwikkelen van nieuwe types optische sensoren.
Het onderzoeksteam, bestaande uit onder andere Guilherme T. Moura en Tanja Schoger, heeft het artikel op 21 juli 2026 ingediend bij . De resultaten onderstrepen de potentie van het combineren van complexe materiaalkunde met geavanceerde optica om de interactie tussen licht en materie op submicroscopisch niveau beter te beheersen.