Ny studie: banbrytande kontroll över kirala molekyler öppnar nya forskningsmöjligheter.

StockholmForskare vid Fritz Haber-institutet har gjort ett stort framsteg inom molekylär fysik genom att uppnå enastående kontroll över kirala molekyler. Dessa molekyler existerar i två former som är spegelbilder av varandra, kallade enantiomerer, och de har stor betydelse både inom biologin och industrin. Förmågan att kontrollera dessa molekyler på kvantnivå är en betydande prestation som kan leda till nya vetenskapliga upptäckter.

Forskarna använde en kombination av specifika mikrovågsfält och ultraviolett strålning för att uppnå en 96% ren kvanttillstånd av en enantiomer, med endast 4% av den andra enantiomeren iblandad. Denna precision ansågs vara teoretiskt möjlig men svår att uppnå i praktiken. Framgången berodde på nästan perfekta experimentella förhållanden inklusive:

• Molekyler nedkylda till en rotations-temperatur på ungefär 1 grad över den absoluta nollpunkten.
• Exponering för resonant UV- och mikrovågsstrålning i tre separata interaktionsregioner.
• Undertryckt rotationsrörelse för att maximera kontrollen över kvanttillståndet.

Denna utveckling kan förbättra separeringen av enantiomerer i gasfasen och påverka olika forskningsområden. Till exempel kan den användas för att studera hur kirala molekyler uppför sig annorlunda på grund av paritetsbrott, ett fenomen som ännu inte har observerats. Att lyckas demonstrera detta skulle kunna öka vår förståelse för fundamentala asymmetrier i universum.

Läs också:

Idag · 12:24

Innovativ process förvandlar växtavfall till grönt flygbränsle

Denna teknik kan avsevärt förbättra framställningen av läkemedel. Många läkemedel har spegelvända versioner, men vanligtvis fungerar endast en av dessa i kroppen. Traditionella metoder för att separera dessa versioner är långsamma och kostsamma. Genom att kontrollera dessa versioner på den minsta nivån kan processen bli snabbare, vilket resulterar i renare och mer effektiva läkemedel.

Upptäckten har omfattande effekter inom kemi och fysik. Den möjliggör nya sätt att genomföra experiment med molekylära strålar, vilket hjälper oss att bättre förstå hur molekyler interagerar och beter sig. Den precisa kontrollen med mikrovågs- och UV-strålning kan leda till framsteg inom kvantdatorer. Molekyler med specifika kvanttillstånd kan användas som kvantbitar, vilka är de grundläggande enheterna i en kvantdator.

Arbetet vid Fritz Haber-institutet visar att det nu är praktiskt möjligt att exakt styra överföringen av enantiomerspecifika tillstånd i kirala molekyler, inte bara en teori. Denna betydande prestation förväntas driva ytterligare forskning och innovation inom olika vetenskapliga områden och markerar en viktig framgång i studien och användningen av kirala molekyler.