纳米光子学管弦乐团呈现:扭曲到纳米粒子的光揭示“禁止的”颜色

金属纳米粒子的扭曲

在红光照射下,三次谐波散射光(紫色)揭示了金属纳米颗粒的扭曲。资料来源:Ventsislav Valev和Lukas Ohnoutek

英国巴斯大学的物理学家们在手性(扭曲)纳米颗粒中观察到一种新的物理效应。

巴斯大学的物理学研究人员发现了一种新的物理效应,这种效应与光和扭曲材料之间的相互作用有关——这种效应可能会对通信、纳米机器人和超薄光学元件等新兴纳米技术产生影响。

在17和18世纪,意大利工匠大师安东尼奥·斯特拉迪瓦里制造出了具有传奇品质的乐器,其中最著名的是他的(所谓的)斯特拉迪瓦里小提琴。使这些乐器的音乐输出既美丽又独特的是它们特殊的音色,也被称为音色或音质。所有的乐器都有音色——当一个音符(频率为fs的声音)被演奏时,乐器会产生谐波(频率是初始频率的整数倍,即2fs, 3fs, 4fs, 5fs, 6fs,等等)。

同样,当某种颜色的光(频率为fc)照射在材料上时,这些材料会产生谐波(光频率为2fc、3fc、4fc、5fc、6fc等)。光的谐波揭示了在医学成像、通信和激光技术中应用的复杂材料特性。

例如,几乎每一个绿色的激光笔实际上是一个红外线激光笔,它的光是人类的眼睛看不见的。我们看到的绿光实际上是红外激光指针的二次谐波(2fc),它是由指针内部的一种特殊晶体产生的。

在乐器和闪亮的材料中,有些频率是“禁止的”——也就是说,它们不能被听到或看到,因为乐器或材料主动地抵消了它们。因为单簧管是直的,圆柱形的,它抑制了所有的偶谐(2fs, 4fs, 6fs等),只产生奇谐(3fs, 5fs, 7fs等)。相比之下,萨克斯管有一个圆锥形和弯曲的形状,允许所有的和声,结果是一个更丰富,更流畅的声音。类似地,当一种特定类型的光(圆偏振)照射在分散在液体中的金属纳米颗粒上时,光的奇谐波不能沿着光传播的方向传播,相应的颜色也被禁止。

现在,由巴斯大学物理系的研究人员领导的一个国际科学家小组发现了一种揭示禁色的方法,相当于发现了一种新的物理效应。为了达到这个结果,他们“弯曲”了他们的实验设备。

领导这项研究的Ventsislav Valev教授说:“纳米粒子或分子的扭曲可以通过光的甚至谐波来揭示的想法是42年前由一个年轻的博士生——大卫·安德鲁斯提出的。大卫认为他的理论太难以捉摸以至于无法通过实验验证但两年前,我们证明了这一现象。现在,我们发现纳米粒子的扭曲也可以在光的奇次谐波中观察到。特别令人欣慰的是,相关的理论不是别人提供的,正是我们的合著者,现在已经很有名的教授——大卫·安德鲁斯!

“拿音乐来打个比方,到目前为止,研究扭曲分子(DNA

Amino acids are a set of organic compounds used to build proteins. There are about 500 naturally occurring known amino acids, though only 20 appear in the genetic code. Proteins consist of one or more chains of amino acids called polypeptides. The sequence of the amino acid chain causes the polypeptide to fold into a shape that is biologically active. The amino acid sequences of proteins are encoded in the genes. Nine proteinogenic amino acids are called "essential" for humans because they cannot be produced from other compounds by the human body and so must be taken in as food.