北京
科学家利用阿秒光脉冲证实手性是一种电子现象，在医学领域具有广泛应用前景。
苏黎世联邦理工学院的研究人员首次证明，分子“手性”不仅体现于结构层面，更是一种电子特性，这一突破可能彻底改变科学家研究生命基础模块的方式。研究团队通过超快圆偏振闪光，精确测量并操控了镜像分子中电子的差异化运动。
这种被称为光电子圆二色性（PECD）的效应，揭示了左旋与右旋分子中电子发射方式的差异。研究表明，手性不仅与分子形状相关，更与电子的动态行为密切相关。该发现为在电子层面研究和控制分子过程开辟了新途径，在药物设计、分子电子学和先进传感技术领域具有潜在应用价值。
理解手性之谜
如同人类挥手或抓握时双手运动方式不同，左旋与右旋分子中的电子行为也存在差异，这种特性被称为手性。在生物学和医学领域，手性具有重大意义：例如某些药物仅有一种手性形式有效，另一种可能无效甚至有害。
迄今为止，手性主要被视为分子的结构特征。“但近期越来越多证据表明，仅从结构角度无法完全理解手性现象，”研究负责人、苏黎世联邦理工学院Hans Jakob Wörner教授解释道。该团队通过观测分子内部电子运动取得了突破性进展。
研究人员使用持续时间仅十亿分之一秒的阿秒脉冲，不仅能追踪电子发射的时间节点，还可控制其运动方向。更令人惊叹的是，他们首次实现了电子发射模式的完全逆转 —— 通过调节分子手性与圆偏振光的旋转方向，使电子沿入射光束方向或反向发射。
“我们不再将手性单纯视为分子结构的静态特征，而是作为手性系统中电子的动态行为来理解，”该研究第一作者、Wörner课题组前博士后研究员韩萌（音译）表示。
捕捉电子运动的闪光
这一突破得益于团队研发的独特电子“闪光相机”，可发射圆偏振阿秒脉冲。这种时间分辨率对于捕捉电子在自然时间尺度上的动力学过程至关重要。研究人员通过检测光脉冲的自旋方向，直接观测到电子运动的手性特征。
通过叠加第二束圆偏振红外光，团队不仅测量了手性分子受激后电子发射的速度，还实现了对其运动方向的定向调控。实验结果取决于分子手性、光束旋转方向及其相对相位差，证明电子动力学过程既可观测也可主动控制。
此前，手性作为可控电子现象仅存在于理论推测，因缺乏相应技术手段一直无法通过实验验证。这项突破性研究表明：手性不是静态属性，而是动态的电子现象。通过揭示左右旋分子中的电子行为，该发现为更精确的药物检测、分子电子学、自旋电子学和下一代生物传感器打开了大门。
该技术还为生命科学基本问题提供了新视角，例如生命分子为何选择特定手性。除深化对分子对称性的理解外，该技术还具有深远应用前景：超快电子测量技术可更高灵敏度识别药物分子手性，为开发更安全有效的药物铺平道路；在自旋电子学、分子机器和生物传感器等领域，电子行为控制技术也将催生重大突破。
该项研究成果已发表于《自然》期刊。
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